Пістунов Ігор Миколайович. Моделі та методи оптимізації триботехнічних показників вузлів тертя ковальсько-штампувального обладнання

Краткое описание

Пістунов Ігор Миколайович. Моделі та методи оптимізації триботехнічних показників вузлів тертя ковальсько-штампувального обладнання : дис... д-ра техн. наук: 05.02.04 / Національний авіаційний ун-т. - К., 2006

Пістунов І. М. Моделі та методи оптимізації триботехнічних показників вузлів тертя ковальсько-штампувального обладнання . Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.04 Тертя та зношування в машинах”. Національний авіаційний університет, Київ, 2005.
Робота присвячена розробці єдиної концепції запровадження антифрикційних матеріалів у вузли тертя машин ковальсько-штампувального обладнання на підставі розроблених автором пристроїв для фізичного моделювання та математичних моделей сферичного шарніра та кулькового передавального механізму (КПМ). Були створені оригінальні методики по проведенню й обробці експериментів: планування складних якісно-кількісних експериментів, апроксимації експериментів, що мають якісні зміни у досліджених процесах, оптимального розрахунку коефіцієнтів масштабного переходу з моделі на натуру. Створено методики розрахунку оптимальної форми антифрикційних вкладишів у сферичному шарнірі та оптимальної форми трубопроводу в КПМ. Наведено розрахунки для сферичних опор кар’єрних екскаваторів та застосування КПМ замість силових гідромагістралей у ковальсько-штампувальному обладнанні.

Результатом виконання дисертації є вирішення науково-прикладної проблеми розробки теоретичних основ оптимізації показників стану вузлів тертя ковальсько-штампувального обладнання.
Наукове значення роботи вперше розроблено єдину концепцію по оптимальному вибору антифрикційних матеріалів для вузлів тертя ковальсько-штампувального обладнання за критеріями мінімуму відхилення втрат на тертя або довговічності вузла тертя від наперед заданого значення.
Прикладне значення полягає в тому, що зроблено значний внесок для розв’язання задач рівномірного зношення у шарнірах, які містять антифрикційні матеріали.
1. Для розрахунків втрат на тертя в сферичних шарнірах, що містять антифрикційні матеріали, товщина яких перевищує 1,5 % від діаметру шарніра, для якого характерним є зміни напрямків робочих зусиль та швидкостей, створено математичні моделі втрат на тертя в сферичному та циліндричному шарнірах при застосуванні, в яких враховано реологічні властивості вкладишу, що забезпечує високу точність розрахунків на рівні 15-30%.
2. Оптимальний розрахунок схеми кулькопроводу що базується на принципах досягнення мінімуму відхилень к.к.д. від заданого рівня базується на математичних моделях втрат на тертя в кульковому передавальному механізмі, які містять антифрикційні матеріали, що відрізняються більшою точністю розрахунків, а також врахуванням S-подібної ділянки та переходів на ділянки інших типів. Помилка розрахунків не перевищує 0,5-10%.
3. Оптимальний вибір антифрикційного матеріалу для проектованої пари тертя потрібно здійснювати на підставі за критерієм мінімального відхилення втрат на тертя від заданого рівня за апроксимаційними залежностями, для яких режими роботи вузла є константами, а твердість за Брінеллем та крайовий кут змочування рідиною антифрикційного матеріалу змінними, за якими проводиться оптимізація.
4. Оптимальні конструкції антифрикційних вкладишів, для яких запропоноване теоретичне обґрунтування, розроблено для сферичних та циліндричних шарнірів, в яких вперше вирішено задачу забезпечення рівномірного питомого тиску по всій площі вкладиша, що забезпечує подовження терміну служби таких вкладишів. Довговічність антифрикційних вкладишів у сферичних та циліндричних шарнірах з оптимальною формою робочої поверхні на 30% більша за конструкції шарнірів із суцільним покриттям.
5. Методики планування триботехнічних експериментів, які відрізняються від існуючих застосуванням чисел Соболя, дозволяють будувати плани з меншою кількістю точок і найменшим рівнем коефіцієнта кореляції поміж окремими точками плану (на 30-200% з гарантованим, більш рівномірним за існуючі, покриттям поля експерименту), що забезпечує можливість застосування апроксимаційних залежностей, відмінних від поліномі другого порядку.
6. Застосування оптимальної побудови модельних експериментів, за критерієм мінімального відхилення фізико-механічних властивостей пар тертя на моделі і в натурі дозволяє проводити модельні експерименти з тими ж парами тертя, які будуть експлуатуватися у вузлі, що моделюється.
7. Точне значення похибок при вимірюванні коефіцієнта тертя, які виникають за рахунок впливу маси вимірювальної системи, може бути знайдено за графіком зміни у часі сили (моменту) тертя, що збільшує точність вимірювань на 0,5-6% у порівнянні з існуючими методиками.
8. Для випадків якісних переходів процесу тертя від одного виду до іншого, найбільш точними по критерію адекватності є апроксимаційні залежності які базується на принципах кластерного аналізу.
За результатами теоретичних та експериментальних досліджень можна надати такі рекомендації по їх використанню:

При розрахунку оптимального антифрикційного матеріалу для конкретного вузла тертя потрібно використання методики оптимального вибору антифрикційних матеріалів за критерієм мінімуму втрат на тертя або максимуму довговічності зі змінними параметрами, якими є крайовий кут змочування та твердість за Брінеллем.
Отримані закономірності та методики пропонується використовувати проектно-конструкторським організаціям при конструюванні вузлів тертя ковальсько-штампувального обладнання.
Нові теоретично положення і методики з теорії проектування вузлів тертя ковальсько-штампувального обладнання, отримані в дисертаційній роботі, рекомендується застосувати у навчальному процесі вищих навчальних закладів при підготовці спеціалістів за спеціальностями „Машини та обладнання для обробки металів тиском”, Машини та агрегати металургійних виробництв”, Підіймально - транспортні машини”.
Дисертація визначає перспективні напрями підвищення зносостійкості трибосистем ковзання машин. Автором одержані нові науково обґрунтовані результати в галузі тертя та зношування машин, які забезпечують вирішення важливої прикладної проблеми підвищення експлуатаційних характеристик ковальсько-штампувального обладнання.