Внаслідок проведених заходів визначається "слабка ланка" в конструкції гідромашини. Під "слабкою ланкою" у конструкцiї розуміється трибосистема, яка має мінімальний ресурс або максимальну швидкiсть об'ємного зношування. Така трибосистема буде визначати ресурс всієї гiдромашини в цілому, а якщо виділена трибосистема є зворотною парою, то, як показує досвід стендових випробувань та експлуатації, така трибосистема буде визначати i час обкатки гiдромашини, обмежуючи режими обкатки.

4. Вхiдними даними щодо виконання останнього етапу багаторівневої оптимізації є параметри швидкості об'ємного зношування, сили тертя, та ресурсу "слабої ланки" в конструкцiї гiдромашини. Саме ця трибосистема є тою, яка визначає вибір оптимальних режимів обкатки та експлуатацiї всiєї гiдромашини.

З урахуванням ресурсу "слабкої ланки" можна знизити сумарні витрати на виготовлення та експлуатацію гiдромашини на етапі проектування. Якщо "слабка ланка" є лімітною за строками експлуатації гідромашини в цілому, то доцільніше забезпечувати ресурс решти трибосистем без значного перевищення ресурсу "слабкої ланки". В цьому випадку, очевидно, можливо скоротити вартість застосованих матерiалiв у трибосистемах із більшим ресурсом за рахунок використання менш коштовних матеріалів.

Оптимізацію режимiв експлуатацiї зручніше всього робити за критерiєм питомої роботи зношування та пошкодження, яка визначається для "слабкої ланки".

Оптимiзацiю режимiв обкатки необхідно робити за часом припрацьовування "слабкої ланки", виконуючи умову _пр min. Здійснити даний етап можна, використовуючи методику моделювання нестаціонарних процесів, розроблену в шостому розділі.

ВИСНОВКИ

1. Внаслідок проведеного аналізу вітчизняної та іноземної літератури, присвяченої моделюванню тертя та зношування, розроблено загальний методологічний підхід у дослідженні процесiв граничного тертя, який базується на поняттях системного аналiзу i при "побудові моделі" використовує такі етапи: визначається об'єкт, ціль та завдання дослідження; окреслюються межі досліджуваної системи та визначається її структура; проводиться параметризацiя системи.

2. Визначено структуру модельної трибосистеми, яка складається з чотирьох елементів, розташованих на чотирьох функціональних площинах. Функціональні площини являють з себе площини для моделювання інтенсивності зношування, сили тертя, шорсткості, трибохiмiчних процесiв, які відбуваються на поверхнях тертя. Показано, що для вирішення задач фізичного та математичного моделювання необхідне застосування критерiального підходу, без якого не може бути достатньо точної та обгрунтованої подібності, отже, i моделювання.

3. Запропоновано поділ пар тертя на прямі та зворотні, в основу якого покладено розташування матеріалів у рухомих та нерухомих елементах за твердістю та робочими площинами тертя. Показано, що всі пари можна поділити на: прямi пари; зворотнi пари за матеріалами; зворотнi пари за геометрією; зворотнi пари за матерiалами та геометрiєю одночасно. Експериментально виявлено різницю в зносостійкості прямих та зворотних пар. Показано, що мінімальну інтенсивність зношування мають прямi пари. У зворотних пар інтенсивність зношування значно вища, особливо у зворотної пари за матерiалами та геометрiєю одночасно. Коефіцієнт тертя на прямих та зворотних парах не змінюється.

4. Для оцінки масштабного фактору прямих та зворотних пар тертя розроблено та запропоновано параметр, названий коефіцієнтом форми пари тертя. Експериментально доведено, що коефіцієнт форми є функцією інтенсивності зношування, коефіцієнту тертя та процесів, які відбуваються в поверхневих шарах матерiалiв. Показано, що чим більший коефiцiєнт форми, тим кращими триботехнiчними характеристиками володіє пара тертя. За допомогою даного коефіцієнта можна робити експертну оцінку проектованих вузлів тертя та виявляти шляхи підвищення їх зносостійкості на етапі проектування.

5. Виявлено закономірність зміни внутрішнього тертя структури спряжених матерiалiв у процесі роботи вузла тертя. Встановлено, що збільшення внутрiшнього тертя матерiалiв трибоелементiв пов'язане з утворенням зміцнених поверхневих шарів. Показано, що існують матеріали, якi можуть значно збільшувати внутрішнє тертя в процесi припрацьовування. Це, в основному, гетерогенні та одночасно пластичні матерiали. При цьому існує клас гетерогенних матеріалів, якi не в змозі збiльшувати внутрiшнє тертя на етапi припрацьовування, хоча спочатку мають високе внутрiшнє тертя.

6. Встановлено, що добра взаємовідповідність матерiалiв в трибосистемi є функцiєю широкого діапазону змiни внутрiшнього тертя структури обох матерiалiв та властивостей мастильного середовища. На підставі цього запропонована схема вибору матерiалiв у вузол тертя, та показано, що при виборі матерiалiв є можливим мати за рухомий елемент пари матеріал з мінімальним внутрішнім тертям. До таких матерiалiв можна віднести загартовані (цементовані, азотованi) сталі. Експериментально доведено, що матерiал рухомого елементу в меншій мірі впливає на триботехнiчнi характеристики. Вибору структури матеріалу нерухомого елементу потрібно приділяти особливу увагу. Внутрішнє тертя таких матерiалiв повинно бути високим та мати велику можливість до його збiльшення в процесi припрацьовування. Показано, що спочатку високого внутрішнього тертя початкової структури матерiалу недостатньо для забезпечення доброї взаємовідповідності метаріалів у парі тертя.

7. На пiдставi положень теорії подібності та моделювання отримані критерії подiбностi, які визначають процес тертя та зношування при граничному змащуванні. З використанням отриманих критеріїв розроблена методика фізичного моделювання граничного тертя в трибосистемах. Результати експериментальної перевірки працездатності запропонованої методики підтвердили, що розроблена методика дозволяє визначати триботехнiчнi характеристики натурного трибоспряження за даними випробування їх моделей або трибосистем-прототипiв не тільки при зміні геометричних розмірів, а й кінематичної схеми, умов навантаження, матеріалів трибоелементiв та властивостей мастил. Дана методика дозволяє широко використовувати трибологiчнi бази даних, якi створюються для оцінки зносостійкості проектованих систем.

8. На підставі отриманих критерiїв подiбностi та положень критерiального планування експерименту отриманi залежності критерію швидкості об'ємного зношування та критерiю сили тертя від критерiю часу. Аналіз отриманих залежностей показав, що на зміну швидкостi зношування в першу чергу впливають релаксаційні властивості структури спряжених матерiалiв та їх взаємовідповідність між собою, а далі, в меншій мірі, - геометричні розміри вузла тертя, навантаження та швидкість ковзання. I найменший вплив з розглянутих факторів має якість мастила та його витрата крізь вузол тертя. На змiну сили тертя, в першу чергу, впливають релаксацiйнi властивостi спряжених матерiалiв та їх взаємовідповідність мiж собою, а далi в значно меншiй та майже в однаковій мірі, - геометричнi розмiри вузла тертя, навантаження, швидкiсть ковзання, мастильне середовище та його витрата крiзь вузол тертя.

9. Використовуючи отримані математичні залежностi, розроблено методику математичного моделювання стаціонарних процесів при граничному терті. Методика дозволяє проводити дослідження триботехнiчних характеристик проектованих трибосистем без попередніх лабораторних або стендових випробувань з оптимізацією конструктивних рішень та визначати межі вхідних параметрів, при досягненні яких вихідні параметри можуть вийти за межi припустимих значень.

10. На підставі положень теорії автоматичного регулювання та теорiї ідентифікації динамічних об'єктів проведено структурну ідентифікацію трибосистеми, результатом якої з'явилася побудова структурно-динамiчних схем та отримання диференціальних рівнянь процесiв тертя та зношування в умовах граничного змащування. Проведено аналіз коефіцієнтів, які входять до диференцiальних рівнянь, та показано шляхи оптимальних режимів припрацьовування та експлуатації.

11. Проведено параметричну iдентифiкацiю трибосистеми, внаслідок якої отриманi математичнi вирази для визначення коефiцiєнтiв, якi входять до диференцiальних рiвнянь. По величині цих коефiцiєнтiв можна визначити міру впливу вхiдних параметрiв на вихiднi та визначити запас стійкої роботи трибосистеми.

12. На пiдставi отриманих диференцiальних рiвнянь розроблено методику математичного моделювання нестаціонарних процесiв при граничному тертi. Методика дозволяє призначати оптимальні режими припрацьовування та оцінювати запас стiйкої роботи, а також визначати триботехнiчнi характеристики проектованих трибосистем в будь-який момент їх функціонування.

13. На пiдставi отриманих наукових результатів та розроблених методик, якi складають єдиний комплекс досліджень, запропоновано методологію застосування розроблених методик для оптимізації конструктивних рiшень вузлiв тертя на етапi проектування гідромашин. В основу методології покладено модель багаторівневої оптимiзацiї об'єкта проектування, яка дозволяє після вибору структури об'єкта зробити конструктивну та параметричну оптимізацію, а також оптимiзацiю режимiв обкатки та експлуатацiї. На конкретних прикладах аксіально-поршневих гiдромашин показано етапи конструктивної та параметричної оптимiзацiї та запропоновано шляхи підвищення їх довговічності та надійності.

14. Розроблена методологія впроваджена в НДI Гiдропривод, м. Харків, у вигляді методичних рекомендацій та програмного забезпечення на етапi проектування гiдромашин.

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

Войтов В.А., Подригало М.А., Венцєль Є.С. Конструктивна зносостійкість вузлів тертя гідромашин. -Х.:Центр Леся Курбаса, -1996. -134 с.

Войтов В.А. Конструктивна зносостійкість вузлів тертя гідромашин. Частина 2. Методологія моделювання граничного змащування в гідромашинах. -Х.:Центр Леся Курбаса, -1997. -154 с.

Войтов В.А., Яхно О.М., Абі-Сааб Ф.Х. Принципи конструктивної стійкості вузлів тертя гідромашин проти спрацювання: Монографія. _К. 1999, 192 с.

Iнформативнiсть акустичного сигналу, який виникає в зоні фрикційного контакту /Л.I.Бершадській, I.Г.Носовській, I.А.Жігалов, Ф.С.Смагленко, В.А.Войтов, О.В.Пархоменко. //Проблеми тертя та зношування: Респ.мiжвiд.наук.-техн.зб., -1988, -Вип.34.-С.44-47.

Лабунець В.Ф., Войтов В.А., Свірід М.М. Оцінка впливу легування борідних шарів на їх трибологiчнi властивості за допомогою акустичної емісії. //Проблеми тертя та зношування: Респ. мiжвiд. наук.-техн. зб. -1989, Вип.35, -С.31-34.

Вибір інформативних критеріїв функціонування вузла тертя на підставі аналізу амплітудного розподілу сигналів акустичної емісії /I.Г.Носовській, Ф.С.Смагленко, В.А.Войтов, М.М.Потьомкiн, О.В.Пархоменко. //Проблеми тертя та зношування: Респ. мiжвiд. наук.-техн. зб. -1989, -Вип. 36, -С.60-64.

Застосування методу акустичної емісії для діагностики процесів зношування матеріалів /В.А.Войтов, В.Ф.Тесля, О.М.Белас, М. М.Краснощоков. //Підвищення властивостей ливарних сплавів та вдосконалення методів їх дослідження: Зб.наук.пр.АН.УРСР. Iн-т пробл. лиття. - Київ. -1988, -С.80-85.

Діагностика та прогнозування надійності вузлів тертя на підставі iнформацiйно-термодинамiчних уявлень /Л.I.Бершадській, В.А.Ляшко, Ф.С.Смагленко, М.М.Потьомкiн, В.А.Войтов. //Надійність та довговічність машин та споруд: Респ. мiжвiд. зб. наук. пр. -Київ, Наукова думка. -1990. -Вип.18. -С.42-47.

Войтов В.А., Баздьоркiн В.О. Універсальна машина тертя //Тертя та зношування. -1992. Т.13. -N3. -С.501-506.

Войтов В.А., Жерняк А.I., Суханов М.I. Масштабний фактор пари тертя та його урахування на етапі проектування машин та механізмів //Тертя та зношування. -1994. Т.15. -N1, -С.109-116.

Войтов В.А. Про розташування матеріалів в парах тертя за твердістю та конструктивні способи підвищення зносостійкості //Тертя та зношування. -1994. Т.15. - N3. -С.452-460.

Войтов В.А., Лур'є З.Я., Жерняк А.I. До питання пiдвищення зносостiйкостi вузлів тертя об'ємних гідромашин //Вісник машинобудiвництва. -1995. -N1. -С.6-11.

Войтов В.А., Лур'є З.Я., Жерняк А.I. Масштабний фактор пари тертя та його урахування на етапі проектування гiдромашин //Вiсник машинобудiвництва. -1995. -N6. -С.15-18.

Шевєля В.В., Войтов В.А., Суханов М.I., Iсаков Д.I. Закономірності зміни внутрішнього тертя в процесі роботи трибосистеми, та його урахування при виборі взаємовідповідних матеріалів //Тертя та зношування. -1995. Т.16. -N4. -С.734-744.

Войтов В.А., Ісаков Д.І. Моделювання граничного тертя у трибосистемах. 1. Методика фізичного моделювання //Тертя та зношування. -1996. Т.17. -N3. -С.298-306.

Войтов В.А., Ісаков Д.І. Моделювання граничного тертя у трибосистемах. 2. Методика математичного моделювання стаціонарних процесів при граничному терті //Тертя та зношування. -1996. Т.17. -N4. -С.456-462.

Войтов В.А., Ісаков Д.І. Моделювання граничного тертя у трибосистемах. 3. Методика математичного моделювання нестаціонарних процесів при граничному терті //Тертя та зношування. -1996. Т.17. -N5. -С.598-605.

Войтов В.А., Стадниченко В.Н., Борщ А.В Про деякі закономірності акустико-емісійного випромінювання пар тертя в умовах межового змащування. У кн. Сучасні проблеми машинобудування; Білоруська інженерна академія. -Гомель: 1996, с.94-98.

Войтов В.А., Абі-Сааб Ф.Х. Вплив конструктивних особливостей підшипників ковзання на їх ресурс та на задиростійкість//Вісник Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету. Зб.наук.праць. -Харків: ХДАДТУ. -1997. Вип.5. С.14-17.

Войтов В.А., Абі-Сааб Ф.Х., Савченков Б.В. Алгоритм конструювання рухомих вузлів ковзання гідромашин//Праці міжнародної науково-технічної конференції . У кн. Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я. Ч2: Моделювання робочих процесів у теплотехнічному, енергетичному обладнанні і проблеми енергозбереження. -Харків, Мішкольц, Магдебург: 1997, с.222-225.

Войтов В.А., Абі-Сааб Ф.Х. Конструктивна зносостійкість підшипників ковзання//Міжвузівська збірка наукових праць. -Харків:ХДАЗТ -1997. С.90-91.

Войтов В.А., Мурашко О.О., Левченко О.В. Алгоритм використання методу акустичної емісії для діагностування трибосистем. Зб.наук.праць ХДПУ, -1998. Вип.6. Ч.4. С.22-24.

Войтов В.А., Ісаков Д.І., Мурашко О.О. Аспекти моделювання процесів тертя та зношування у трибосистемах машин. //Вісник Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету. Зб.наук.праць. -Харків: ХДАДТУ. -1998. Вип.7. С.33-36.

А.с.1497495 СРСР М.Кл. G 01N 3/56/ Спосіб контролю службових властивостей мастил /I.Г.Носовський, В.Ф.Тесля, В.А.Войтов, О.I.Носовський, О.М.Белас (СРСР). заявлено 22.12.87; опубліковано 30.07.89, Бюл.№28, -2с.

А.с.1562758 СРСР М.Кл. G 01N 3/56/ Спосіб контролю припрацьовування пари тертя /I.Г.Носовський, В.Ф.Тесля, В.А.Войтов, О.I.Носовський, О.М.Белас (СРСР). заявлено 06.04.88; опубліковано 07.05.90, Бюл.№78, -3с.

А.с. 1573392 СРСР М.Кл. G 01N 3/56/ Спосіб випробування матерiалiв на втомленість при згинанні /I.Г.Носовський, О.М.Белас, Т.В.Цибанев, В.Ф.Тесля, В.А.Войтов, О.I.Носовський (СРСР). заявлено 11.08.88; опубліковано 23.06.90, Бюл.№23, -3с.

А.с.1577492 СРСР М.Кл. G 01N 3/56/ Спосіб випробування пари тертя /I.Г.Носовський, О.М.Белас, Т.В.Цибанєв, В.Ф.Тесля, В.А.Войтов, О.I.Носовський (СРСР). заявлено 11.08.88; опубліковано 07.08.90, Бюл.№25, -3с.

А.с. 1597694 СРСР М.Кл. G 01N 3/56/ Спосіб контролю режимів тертя металевих поверхонь вузла тертя /I.Г.Носовський, В.Ф.Тесля, В.А.Войтов, О.I.Носовський, О.М.Белас (СРСР). заявлено 25.11.88; опубліковано 07.10.90, Бюл.№37, -3с.

А.с. 1533426 СРСР М.Кл. G 01N 3/56/ Пара тертя /В.А.Войтов, Л.А.Котляренко, В.Х.Кадиров та iнш. (СРСР). заявлено 14.12.87; опубліковано 30.12.89, Бюл.№48, -2с.

А.с. 1803811 М.Кл. G 01N 3/56/ Машина для випробувань на тертя та зношування /В.А.Войтов, В.О.Баздьоркiн, О.I.Носовський та iнш. (СРСР) заявлено 05.12.90; опубліковано 23.03.93, Бюл.№11, -6с,.

АНОТАЦІЯ

Войтов В.А. Моделювання процесів тертя та зношування у трибосистемах гідромашин як основа рішення задач проектування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук по спеціальності 05.02. 04 - Тертя та зношування у в машинах. Технологічний університет Поділля, м.Хмельницький1999.

Захищається дисертація у вигляді рукопису. По основним результатам опубліковано 23 наукові роботи і 7 авторських свідоцтв, що містять теоретичні дослідження стану методик моделювання процесів тертя та зношування, а також результати експериментальних досліджень.

На підставі розробленої класифікації пар тертя на прямі і зворотні, врахування масштабного фактора цих пар, релаксаційних властивостей спряжених матеріалів розроблена методологія моделювання процесів тертя та зношування у трибосистемах. Методологія містить методики фізичного моделювання; математичного моделювання стаціонарних та нестаціонарних процесів. Дані методики складають основу багаторівневої оптимізації об'єкту проектування на етапі його створення. Здійснене впровадження розробленої методології у вигляді методичних рекомендацій та програмного забезпечення в науково-дослідній і проектно-конструкторській організації.

Ключові слова: фізичне моделювання; математичне моделювання; граничне змащування; трибосистема; оптимальне проектування.

АННОТАЦИЯ

Войтов В.А. Моделирование процессов трения и изнашивания в трибосистемах гидромашин как основа решения задач проектирования. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.02.04 - Трение и износ в машинах. - Технологический университет Подолья, г. Хмельницкий, 1999.

Защищается диссертация в виде рукописи. По основным результатам опубликовано 23 научные работы и 7 авторских свидетельств, которые содержат теоретические исследования состояния методик моделирования процессов трения и изнашивания, а также результаты экспериментальных исследований.

Структурно диссертация состоит из введения, семи разделов, выводов, списка использованных источников и приложений.

В результате анализа большого разнообразия конструктивных решений узлов трения предложено деление пар трения на прямые и обратные. Экспериментально выявлено различие в износостойкости прямых и обратных пар трения. Показано, что минимальную интенсивность изнашивания имеют прямые пары. На обратных парах интенсивность изнашивания значительно выше, особенно у обратной пары по материалам и по геометрии одновременно. Для учета масштабного фактора таких пар получен параметр - коэффициент формы. Экспериментально показано, что коэффициент формы пары трения является функцией интенсивности изнашивания, коэффициента трения и процессов, происходящий в поверхностных слоях. Чем больше коэффициент формы, тем лучшими характеристиками обладает пара трения.

Для учета структуры сопряженных материалов в разрабатываемых моделях трибологических процессов научно обоснована и введена структурно-чувствительная характеристика материалов - внутреннее трение. Определена в процессе работы узла трения закономерность изменения внутреннего трения структуры сопряженных материалов и установлено, что увеличение внутреннего трения материалов трибоэлементов связано, в основном, с образованием упрочненных поверхностных слоев. Полученные результаты позволили разработать схему выбора совместимых материалов в узел трения, которая позволяет решать прикладные задачи.

На основании теорем теории подобия и моделирования получены обобщенные критерии подобия, характеризующие процессы трения и изнашивания в трибосистеме. Критерии позволяют выполнять физическое моделирование процессов в трибосистеме не только при изменении их геометрических размеров, а и при изменении условий нагружения, кинематической схемы, материалов трибоэлементов, смазочных сред.

С использованием указанных критериев на основании теории автоматического регулирования и теории идентификации динамических процессов разработана методика математического моделирования стационарных и нестационарных процессов. Научная значимость разработанных моделей и методик заключается в том, что решение дифференциальных уравнений позволяет определять эффективные режимы приработки и оценить запас устойчивой работы трибосистемы.

Практическую значимость работы составляет система многоуровневой оптимизации объекта проектирования. Уровнями системы являются разработанные в диссертации методики физического и математического моделирования стационарных и нестационарных процессов в трибосистемах. В работе научно обоснованы и предложены критерии оптимизации трибосистем.

Разработанная система внедрена в НИИГидропривод, г. Харьков в виде методических рекомендаций и программного обеспечения на этапе проектирования гидромашин. Эти разработки позволяют:

обеспечить на стадии проектирования соответствие создаваемой конструкции требованиям к ней;

исключить волевой подход к назначению геометрических размеров, материалов, рабочих сред в конструкцию;

сократить время на проектно-конструкторские работы, включая доводку опытных образцов и связанные с ней изменения в технической документации, в том числе в рабочих и сборочных чертежах;

в сфере производства:

сократить объем доводочных работ;

снизить трудоемкость слесарно-сборочных работ;

в сфере эксплуатации:

улучшение значений выходных показателей работы изделий и повышение стабильности их значений;

повышение надежности за счет уменьшения числа параметрических отказов.

Ключевые слова: физическое моделирование; математическое моделирование; граничная смазка; трибосистема; оптимальное проектирование.

ABSTRACT

Voitov V.A. Modeling of processes of friction and wear process in tribological systems of hydromachines as the basis of problem solving of designing. - Manuscript.

The dissertation on scientific degree - doctors of technical sciences with specialization - 05.02.04 - Friction and wears in machines. Technological University Podillya, Khmelnytsky, 1999.

Thesis is defended in the form of a manuscript. Main results include 23 scientific works and 7 patents, which contain theoretical research of the current condition of methods for modeling boundary conditions, and experimental research. The Methodology of modeling boundary lubrication for tribological systems was worked-out on the base of classification of friction pairs: right ad reverse, applying the scale factor and the relacsation properties of cinematic friction pairs. The Methodology contains a physical modeling, mathematical modeling of stable processes; mathematical modeling of transitional processes. These theoretical and research foundations are the basis for the highlevel optimization of tribological system on the projection stage. The methods of physical and mathematical modeling as a soft wear for PC was used in research and undertaking enterprises.

Keywords: physical modeling, mathematical modeling boundary lubrication, tribological systems, and optimization of tribological systems on the projection stage

Размещено на Allbest.ru