авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Оценка остаточного ресурса крупномодульных зубчатых передач горных машин по изменению твердости поверхностного слоя зубьев 

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЗВОНАРЕВ Иван Евгеньевич





Оценка остаточного ресурса

крупномодульных зубчатых передач

горных машин по изменению твердости

поверхностного слоя зубьев 



Специальность 05.05.06 Горные машины




А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук








Санкт-Петербург 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Иванов Сергей Леонидович

Официальные оппоненты:

Александров Виктор Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», кафедра горных транспортных машин, заведующий кафедрой


Бурак Андрей Ярославович

кандидат технических наук, ООО «Карьер-Сервис», отдел сервисного обслуживания, сервис-инженер горного оборудования


Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»


Защита состоится 2 июля 2013 г. в 15 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 31 мая 2013 г.




Ученый секретарь ГАБОВ

диссертационного совета Виктор Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ремонт и замена крупномодульных зубчатых передач горных машин сопровождается выводом из эксплуатации основного производственного оборудования технологической цепи машин, что ведет к значительным потерям. Достоверная оценка остаточного ресурса зубчатых передач горных машин, по результатам проводимой в рамках технического обслуживания диагностики состояния крупномодульных зубчатых колес, способствует сокращению времени аварийных отказов оборудования. Для этого на момент принятия решения о продолжении эксплуатации оборудования необходима научно обоснованная методика оценки остаточного ресурса деталей и узлов, находящихся в эксплуатации горных машин, например, экскаваторов, и на ее основе осуществить выбор рекомендаций организационного характера по технологии и условиям эксплуатации механической части оборудования с целью минимизации возможных потерь от снижения его долговечности.



Вопросами повышения надежности горных машин, расчетом ресурса трансмиссий, совершенствования привода посвящены работы многих исследователей: В.А. Бреннера, А.В. Гетопанова, Л.Б. Глатмана, В.Г. Гуляева, В.Н. Дмитриева, А.В. Докукина, М.Д. Коломийцова, И.П. Иванова, Л.И. Кантовича, Н.Г. Картавого, Ю.Д. Красникова, В.И. Морозова, Р.Ю. Подэрни, Е.З. Позина, В.М. Рачека, Г.И. Рахутина, П.В. Семенчи, В.И. Солода, Г.И. Солода, А.В. Топчиева, З.Л. Хургина и др.

Вместе с тем, отсутствует простая и достоверная система оценки технического состояния в период эксплуатации зубчатых передач машин. Сложность оценки остаточного ресурса крупномодульных передач этих машин заключается в том, что основные элементы зубчатого колеса – их зубья, в процессе эксплуатации испытывают совместные контактные и изгибные нагрузки, усугубляемые износом рабочих профилей зубьев. При этом возможная причина выхода из строя конкретного зубчатого колеса достоверно не определима и носит вероятностный характер. В тоже время диагностические признаки различных видов разрушения зубьев зубчатых колес не имеют общего критерия, удобного при диагностировании остаточного ресурса.

Известно, что в процессе эксплуатации изменяются свойства поверхностного слоя зубьев зубчатых колес, и оценка характера этого изменения может являться исходным обобщенным диагностическим критерием крупномодульных зубчатых передач горных машин, но это требует проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований по поиску и обоснованию критериев, более точно отражающих выработку ресурса.

Цель работы: выявление научно обоснованных закономерностей изменения свойств поверхностного слоя зубьев крупномодульных зубчатых колес для выбора единого интегрального критерия оценки их работоспособности при прогнозировании остаточного ресурса крупномодульных зубчатых передач горных машин.

Основная идея работы заключается в определении остаточного ресурса зубчатого колеса крупномодульной зубчатой передачи горной машины по изменению твердости поверхностного слоя зубьев в характерных зонах и сравнении полученных значений с предельно достижимой величиной, определяемой экспериментально.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

1. Проведен анализ методов теоретической и экспериментальной оценки остаточного ресурса зубчатых передач;

2. Разработан и изготовлен лабораторный экспериментальный маятниковый стенд для оценки работы разрушения образцов в режиме малоцикловой и многоцикловой нагрузок (положительное решение по заявке на изобретение №2011132230 от 29.07.2011 «Устройство для испытания образцов материалов при циклическом нагружении»);

3. Выявлена тенденция повышения локальной твердости поверхностного слоя зубчатых колес крупномодульных зубчатых передач горных машин с номинальной твердостью зубьев до 350 HB, а так же разрушенных образцов из различных материалов при нагрузках, соответствующих многоцикловой и малоцикловой усталости, растяжению, ударному изгибу;

4. Экспериментально установлено, что твердость поверхностного слоя образцов в непосредственной близости к зоне разрушения является характеристическим показателем остаточного ресурса и не изменяет свои величины для заданного материала;

5. Разработаны основы методики оценки остаточного ресурса открытых крупномодульных зубчатых колес трансмиссий горных машин и даны рекомендации по диагностированию их состояния.

Методы исследования. Использовался комплексный метод исследований, включающий системный анализ, экспериментальные исследования, проведенные на оригинальных стендах и высокоточном современном оборудовании.

Основные теоретические результаты получены с использованием подходов, базирующихся на классических методах расчета деталей машин, теории механизмов и машин, трибологии и триботехники, кинетической теории разрушения материалов. Для обработки экспериментальных данных использованы методы математической статистики.

Научная новизна работы. Экспериментально подтверждено, что твердость поверхностного слоя в зоне, прилегающей к поверхности разрушения, является неизменной величиной вне зависимости от способа нагружения и может являться диагностическим критерием для оценки остаточного ресурса крупномодульных передач горных машин, при этом удельная работа разрушения, равная отношению энергии разрушения к твердости поверхностного слоя в зоне разрушения, также является величиной постоянной.

Защищаемые положения:

1. Твердость поверхностного слоя материала зуба с исходной твердостью до 350 HB крупномодульного зубчатого колеса передачи горной машины изменяется в деформационных зонах, возникающих под действием нагрузок, при этом повышение твердости поверхностного слоя зуба больше в тех зонах, где выше расчетные напряжения, а предельная величина твердости поверхностного слоя в зоне, прилегающей к поверхности разрушения, не зависит от способа нагружения и определяется свойствами материала.

2. Величина остаточного ресурса зубчатого колеса горной машины, исходя из значений, зафиксированных диагностических параметров в виде градиента твердости, может быть определена в зависимости от ведущего критерия разрушения, а характерными зонами для диагностирования крупномодульных зубчатых колес являются зоны, расположенные на рабочих поверхностях зубьев колес по их ширине и торцах зубьев вдоль рабочей поверхности в районе начального диаметра колеса, а также у ножки зубьев в районе переходной кривой.

Соответствие паспорту специальности.

Работа посвящена исследованию и совершенствованию существующих горных машин и их элементов, обладающих повышенной долговечностью (надежностью), в частности крупномодульных зубчатых колес карьерных экскаваторов и соответствует п.5 области исследований: «Повышение долговечности и надежности горных машин и оборудования».

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается их согласованностью с общепризнанными представлениями о закономерности и механизме износа и деградации поверхностей деталей горно-металлургического оборудования, корректностью построения расчетных моделей, а также удовлетворительным согласованием прогнозируемых оценок с экспериментальными.

Практическая значимость работы:

Разработана инженерная методика оценки остаточного ресурса крупномодульных зубчатых передач по обобщенному интегральному критерию оценки – твердость поверхностного слоя зуба в характерных точках.

Разработан лабораторный стенд для испытания образцов при циклическом нагружении.

По материалам диссертационной работы выигран грант в конкурсе Санкт-Петербурга для студентов, аспирантов, молодых ученых, молодых кандидатов наук 2012 г. «Оценка остаточного ресурса крупномодульных зубчатых передач горных машин на основе измерения их поверхностной твердости».

Апробация работы. Результаты работы используются в ООО «Эпицентр» в оценке остаточного ресурса оборудования по переработке торфа. Основные положения работы, результаты теоретических и экспериментальных исследований докладывались на 9-ой, 10-ой и 11-ой международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (г. Воркута, 2011, 2012, 2013 гг.), Международная научно-техническая конференция «Процессы и средства добычи и переработки полезных ископаемых» (г. Минск, 2012 г.), V Всероссийской конференции «Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых» (г. Пермь, 2012 г.); XIV Международной научно-практической конференции «Инновации в науке» (г. Новосибирск, 2012 г.); VI Международной научно-практической конференции «Научная дискуссия. Инновации в современном мире» (г. Москва, 2012 г.); XIV Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (г. Новосибирск, 2012 г.); IV Международной научно-практической конференции «Научная дискуссия. Вопросы технических наук» (г. Москва, 2012 г.); Научная конференция в Центре Трансфера Технологии ЭМАГ (г. Катовице, Польша, 2012 г.); 7-я международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2011 г.), VI международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2011 г.), 9-ая международная научно-техническая конференция «Наука - образованию, производству, экономике» (г. Минск, 2011 г.), V международной научной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологии» (г. Липецк, 2011 г.), VI международная научно-техническая конференция «Проблемы исследования и проектирования машин» (г. Пенза, 2010 г.).





Личный вклад автора. Поставлена задача исследований, проведен обзор существующих методик определения остаточного ресурса работы зубчатых передач, создан лабораторный стенд, выполнены теоретические исследования и проведены экспериментальные исследования с использованием современного высокоточного оборудования, в ходе которых выявлены тенденции деградации материала образцов и зубчатых колес; выявлены закономерности изменения твердости поверхностного слоя исследуемых образцов в функции нагрузки. Разработаны основы методики оценки остаточного ресурса открытых крупномодульных зубчатых колес трансмиссий горных машин; даны рекомендации по диагностированию состояния крупномодульных зубчатых колес трансмиссий этих машин.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 научные работы в рецензируемых научных журналах и изданиях, в том числе 3 статьи в двух журналах перечня ВАК Министерства образования и науки РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, 2 приложений, общим объемом 183 страницы печатного текста, содержит 16 таблиц и 88 рисунков, список литературы из 98 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации представлен обзор и анализ открытых крупномодульных зубчатых передач горных машин, применяемых в горной промышленности для добычи полезных ископаемых открытым способом. Показано, что выход из строя открытых крупномодульных передач горных машин является одним из наиболее частых видов отказов горной техники. На основании анализа определены основные цели и задачи исследования.

Во второй главе диссертации рассмотрены теории энергоресурса и кинетики разрушения; показана взаимосвязь накопления повреждений структуры и увеличения твердости поверхностного слоя материала; представлен анализ существующих методов оценки остаточного ресурса зубчатых передач горных машин; предложены оригинальные зависимости по определению остаточного ресурса зубчатых передач в функции изменения твердости их поверхностного слоя.

В третьей главе описаны разработанные экспериментальные стенды, приведены методики экспериментальных исследований оценки твердости поверхностного слоя зубчатых колес и разрушения образцов на разработанном стенде и современном высокоточном оборудовании, представлены результаты и анализ проведенных экспериментальных исследований.

В четвертой главе описана методика оценки остаточного ресурса зубчатых передач трансмиссий горных машин по изменению локальной твердости поверхностного слоя их зубьев в характерных точках.

Основные результаты работы отражены в следующих защищаемых научных положениях:

1. Твердость поверхностного слоя материала зуба с исходной твердостью до 350 HB крупномодульного зубчатого колеса передачи горной машины изменяется в деформационных зонах, возникающих под действием нагрузок, при этом повышение твердости поверхностного слоя зуба больше в тех зонах, где выше расчетные напряжения, а предельная величина твердости поверхностного слоя в зоне, прилегающей к поверхности разрушения, не зависит от способа нагружения и определяется свойствами материала.

При измерении твердости поверхностного слоя зубьев шестерни (z = 18, m = 8 мм) лебедки подъема ковша экскаватора ЭКГ-12К были выявлены локальные изменения твердости их поверхностного слоя. Для выявления локального изменения твердости поверхностных слоев зубьев их торцевой поверхности были разделены на 76 секторов для каждого зуба, в пределах которых проводились соответствующие измерения в 3…5 точках. Усредненная картина изменения твердости поверхностных слоев зубьев представлена на рисунке 1. Сравнение выявленных локальных областей повышения твердости поверхностных слоев зубьев, которые с результатами моделирования напряженно-деформированного состояния зуба при работе передачи было выявлено подобие расположения областей повышенной твердости поверхностных слоев зубьев шестерни с зонами максимальных напряжений при его работе. Измерения твердости поверхностного слоя проводились стационарным твердомером Zwick Roell ZHU 187,5 и портативным Константа ТД с преобразователем D+15.

  Изменение твердости-0

Рисунок 1 – Изменение твердости поверхностного слоя зуба крупномодульного зубчатого колеса (z = 18, m = 8 мм). Номинальная твердость 173 HV.

Для выяснения причин локального повышения твердости поверхностного слоя и оценки остаточного ресурса были проведены дополнительные лабораторные испытания, разработана программа экспериментальных исследований, спроектирован и изготовлен специализированный стенд, выбрано лабораторное оборудование.

Были подготовлены образцы – стальные периодического профиля с едиными физико-механическими свойствами для получения статистически достоверной информации. Кроме того образцы периодического профиля позволили создать различные по величине напряжения и соответствующие деформации в однородном силовом поле воздействия. В качестве образцов использовалась лента ЛВП-120,5, изготовленная из Ст 10.

Образцы подвергались разрушению знакопеременным изгибом в широком диапазоне нагрузок, соответствующих малоцикловой и многоцикловой усталости на маятниковом стенде, совместным действием изгиба и растяжения. Измерения твердости поверхностного слоя проводились на твердомере Zwick Roell ZHU 187,5; зоны измерения каждого полузвена образцов представлены на рисунке 2.

Зоны (выноска HV) измерения твердости поверхностного слоя:

1 – вдоль малой оси эллипса b; 2 – линия минимальной толщины перемычки h; 3 – по отрезкам линий вдоль отверстий в каждом из полузвеньев образцов, эквидестентным внутренней поверхности этих отверстий, равноудаленных друг от друга; 0-0 – поверхность (плоскость) разрушения; n – номер отверстия от поверхности (плоскости) разрушения; n = 0 – зона разрушения; n = 1, 2 – первое и второе отверстия от зоны разрушения; aисх (a), bисх (b) – малая и большая оси эллипса до (после) разрушения; hисх (h) – ширина перемычки образца до (после) разрушения; Lmin исх (Lmin), Lmax исх (Lmax) – минимальные и максимальные расстояния между эллипсами до (после) разрушения

Рисунок 2 – Зоны измерения твердости поверхностного слоя и размеры образцов



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.