Технологія ремонту насосів типу НШ-У вдосконаленням методу зменшених ремонтних розмірів

Размещено на http://www.allbest.ru/

КІРОВОГРАДСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 621.797:621.664

Технологія ремонту насосів типу НШ-У вдосконаленням методу зменшених ремонтних розмірів

05.05.11 - Сільськогосподарські машини

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Магопець Сергій Олександрович

Кіровоград 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі експлуатації та ремонту машин Кіровоградського державного технічного університету (КДТУ) Міністерства освіти України.

Захист відбудеться 1 липня 1999 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 23.073.01 в Кіровоградському державному технічному університеті за адресою: 316050, м. Кіровоград, пр. Правди, 70-А.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського державного технічного університету за адресою: 316050, м. Кіровоград, пр.Правди, 70-А.

Автореферат розісланий 27 травня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент В.М.Каліч

АНОТАЦІЯ

Магопець С.О. Технологія ремонту насосів типу НШ-У вдосконаленням методу зменшених ремонтних розмірів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - Сільськогосподарські машини, Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 1999 р.

В дисертації розглянуто питання вдосконалення ремонту насосів НШ методом зменшених ремонтних розмірів. Основною метою досліджень було підвищення довговічності відремонтованих методом зменшених ремонтних розмірів насосів. Поставлена мета була досягнута завдяки глибокому теоретичному дослідженню основних процесів зношування, втрат робочої рідини через зазори в спряженнях деталей насоса та визначення характеру розподілення тиску по периметру шестірні в залежності від її кута повороту. Результати теоретичних та експериментальних досліджень було покладено в основу розробленого нового, більш ефективного способу ремонту насосів методом зменшених ремонтних розмірів.

Ключові слова: шестеренний насос, радіальний зазор, вершини зубців шестерень, колодязь корпусу, величина зносу, об'єм втрат, кут ущільнення, деформація колодязів, ремонтний розмір.

насос деталь тиск

SUMMARY

Magopets S.A. The technology of repair of НШ-У type pumps by the method of reduced repair sizes. - Manuscript.

Thesis for getting a scientific degree of the candidate of engineering sciences on the speciality 05.05.11 - Agricultural machines, Kirovograd State Technical University, Кirovograd, 1999.

The problem of repair improvement of НШ pumps by the method of reduced repair sizes is considered in the thesis. The main purpose of the researche was to increase the durability of pumps repaired by the method reduced of repair sizes. The object in view was reached due to a deep theoretical research of main wear processes, losses of working liquid through clearances in interfaces of the pump parts and determination of a character of pressure distribution on a perimeter of a gear depending on an angle of turn. The outcomes of theoretical and experimental researches were assigned on the basis of the developed new and more effective method of repairing pumps by the method of reduced repair sizes.

Key words: gearing pumps, radial clearance, tooths of gear, corps of well, size of wear, volume loss, condensation angle, well deformation, repair size.

АННОТАЦИЯ

Магопец С.А. Технология ремонта насосов типа НШ-У совершенствованием метода уменьшенных ремонтных размеров. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 - Сельскохозяйственные машины, Кировоградский государственный технический университет, Кировоград, 1999 г.

Обоснована актуальность работы, состояние вопроса, цель и задачи исследований. Проведенный анализ способов ремонта шестеренных насосов показал малую эффективность от их использования, что поясняется неполным использованием потенциальных возможностей, заложенных в детали при изготовлении.

Диссертация содержит теоретические и экспериментальные исследования объема утечек рабочей жидкости через радиальный зазор между вершинами зубьев шестерен и стенками колодцев корпуса насоса. Уточнена теоретическая зависимость, определяющая объем жидкости, который перетекает через радиальный зазор. Теоретически определен минимально необходимый угол переходной зоны обеспечивающий надежное уплотнение радиального зазора. Получена теоретическая зависимость изменения давления в переходной зоне между камерами нагнетания и всасывания. Определено первостепенное значение величины и формы радиального зазора на величину и угол действия общей результирующей нагрузки роторов насоса. Путем оптимизация определены оптимальные положения ведущей и ведомой шестерен в колодцах корпусу, в результате чего происходит снижение величины результирующей нагрузки ведомой шестерни и ее выравнивание с нагрузкой на ведущей шестерне. Сконструированное приспособление позволило экспериментально подтвердить результаты теоретических расчетов о первостепенном влиянии величины и формы радиального зазора между вершинами зубьев шестерен и стенками колодцев корпуса на количество жидкости, которая перетекает этим зазором. Экспериментально полученные величины деформаций стенок колодцев корпуса, расточенного на отдельных участках ограниченных углом 500, сравнимы с величинами деформаций нового корпуса и свидетельствуют о сохранении деформационной стойкости восстановленного корпуса. Результаты ускоренных стендовых ресурсных испытаний, проведенных на ОАО “Гидросила” (г. Кировоград), свидетельствуют о снижении величин износов поверхностей деталей, которые непосредственно влияют на величину радиального зазора.

Разработан технологический процесс ремонта шестеренных насосов НШ32-У и приведены теоретические данные о технико-экономической эффективности от внедрения разработанной технологии.

Ключевые слова: шестеренный насос, радиальный зазор, вершины зубьев шестерен, колодцы корпуса, величина износа, объем потерь, угол уплотнения, деформация колодцев, ремонтный размер.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Шестеренний насос є основним вузлом гідравлічної системи сільськогосподарських машин, від його стану багато в чому залежить ефективність її роботи. Найбільшого поширення в гідросистемах сільськогосподарських машин здобули шестеренні насоси типу НШ-У. Разом з простотою конструктивної схеми та відсутністю необхідності в регулюванні під час експлуатації, насосам даного типу притаманні ряд недоліків, які пояснюються особливостями їх конструкції. При спрацюванні основних деталей насоса ці фактори, набувають критичного значення і обумовлюють непрацездатний стан насоса. Існуючі технології ремонту насосів типу НШ-У та відновлення їх деталей не в повній мірі відповідають актуальним вимогам сьогодення. Це або праце- та енергомісткі методи відновлення, які прагнуть довести параметри зношених деталей до номінальних, наприклад, методи пластичного деформування, порошкової металургії та зварювання, які потребують до того ж високої культури виробництва, що не поступається машинобудівним підприємствам. Найбільш простим і недорогим методом ремонту гідронасосів є метод ремонтних розмірів, який дозволяє при мінімальних витратах відремонтувати насос. Але не зважаючи на ряд безумовних переваг, які відрізняють метод зменшених ремонтних розмірів від інших, йому притаманні деякі недоліки, зокрема, ресурс відремонтованих насосів за цією технологією складає 45...51% від ресурсу нового насоса.

Насоси, відремонтовані за цією технологією, за основними технічними показниками та надійністю, поступаються відремонтованим за іншими технологіями. Основні протиріччя, які притаманні всім відомим методам зменшених ремонтних розмірів, полягають у наступному:

- ресурсозберігаюча технологія відновлення одних з найбільш складних елементів насоса - шестерень, що виготовляються з цементованої сталі за підвищеним квалітетом точності, шляхом перешліфування під зменшений ремонтний розмір, обумовлює необхідність використання складної енерго- та трудомісткої технології ремонту спряжених з шестернями деталей насоса - корпусу та втулок;

- існуючі технології відновлення корпусів не в повній мірі використовують потенційні можливості, закладені при їх виготовленні;

- застосування маловитратної технології відновлення корпусів розточуванням під збільшений ремонтний розмір не дає бажаного результату, через зменшення деформаційної стійкості стінок колодязів, що обумовлено недостатнім теоретичним вивченням змін в конструкції останнього під час ремонту.

Існуючі протиріччя пояснюються особливостями насосів даного типу, працездатність і довговічність яких багато в чому визначається формою і розмірами радіального зазору між вершинами зубців шестерень та стінками корпусу насоса.

Зв'язок роботи з науковими програмами та темами. Робота виконувалася у відповідності до тематики міжвузівських наукових та науково-технічних програм за пріоритетними напрямками розвитку науки і техніки (наказ Міністерства освіти України №37 від 13.02.96 р., п.1) та планом науково-дослідних робіт КДТУ за тематикою “Розробка та впровадження нових технологій у виробництві та ремонті сільськогосподарської техніки”.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження було підвищення ефективності ремонту шестеренних насосів НШ-У шляхом вдосконалення технологічного процесу їх ремонту методом зменшених ремонтних розмірів.

Для досягнення поставленої мети в роботі було розв'язано наступні задачі:

- визначення основних причин втрат насосами працездатного стану та дослідження впливу спрацьованого стану спряжених деталей на довговічність і надійність насоса;

- дослідження впливу величини і форми радіального зазору на об'єм втрат робочої рідини через цей зазор;

- теоретичне обгрунтування можливості зменшення нерівномірності навантажень ведучої та веденої шестерень при відновленні насосів під зменшений ремонтний розмір із зміщенням вузла качання;

- дослідження характеру зміни тиску, в перехідній зоні шестеренного насоса, який в основному визначає величину і напрямок дії результуючого навантаження шестерень;

- проведення оцінки величин деформацій стінок корпусу насоса, відновленого за запропонованою технологією;

- проведення стендових та експлуатаційних випробувань насосів, відремонтованих за розробленою технологією;

- розробка технологічного процесу ремонту насосів методом зменшених ремонтних розмірів шляхом зміщення вузла качання, та техніко-економічної оцінки запропонованої технології ремонту.

Наукова новизна одержаних результатів. Теоретично та експериментально обгрунтовано закономірності впливу величини радіального зазору і його форми на основні технічні характеристики насоса: об'ємну подачу (ОП), коефіцієнт об'ємної подачі (КОП) та рівномірність навантаження підшипників. Одержано аналітичні вирази, які дозволяють визначити об'єм втрат робочої рідини через радіальний зазор між вершинами зубців шестерень та стінками корпусу. Визначено закономірність характеру розподілу тиску робочої рідини в перехідній зоні в залежності від кута повороту шестерні, яка дозволяє врахувати конструктивні особливості відремонтованих насосів. Базуючись на теоретичних розрахунках та експериментальних дослідженнях запропоновано методику оптимізації величин і напрямків зміщення вузла качання при ремонті, яка дозволяє не тільки розвантажити ведену шестірню, а й зменшити нерівномірність навантажень підшипників обох шестерень, що в свою чергу призводить до підвищення довговічності відремонтованого насоса.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці ефективної маловитратної технології ремонту шестеренних насосів методом зменшених ремонтних розмірів, який забезпечує підвищення їх довговічності у порівнянні з аналогічними технологіями.

Новизна розробленого методу підтверджена позитивним рішенням на винахід (заявка №97105974 від 16.10.97 р.).

Розроблена у даній роботі методика теоретичних досліджень з широким використанням чисельних методів, дає можливість швидко і точно промоделювати процес роботи насоса в залежності від його конструктивних та експлуатаційних характеристик. Теоретичні розрахунки та оцінки параметрів насоса ефективні не тільки на стадії вибору способу ремонту, а й при проектно-конструкторських розробках.

Особистий внесок здобувача:

Визначено основні причини втрати насосами працездатного стану.

2. Досліджено вплив величини і форми радіального зазору на об'єм втрат робочої рідини через цей зазор;

3. Теоретичне обгрунтовано можливість зменшення нерівномірності навантажень ведучої та веденої шестерень при відновленні насосів під зменшений ремонтний розмір зі зміщенням вузла качання;

4. Досліджено характер зміни тиску, в перехідній зоні шестеренного насоса від величини і форми радіального зазору.

Проведено експериментальні оцінки величин деформацій стінок корпусу насоса, відновленого за запропонованою технологією.

Загальна частка участі в опублікованих у співавторстві роботах складає 80%...90%, у отриманому позитивному рішенні на видачу патенту - 75%.

Теоретичні та експериментальні дослідження, які викладено в дисертаційній роботі, у повному об'ємі виконані безпосередньо здобувачем під науковим керівництвом к.т.н., доцента Ю.В.Кулєшкова.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи були заслухані і обговорені на науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів та співробітників Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування (м. Кіровоград, 1996 - 1998 р.), на міжнародних науково технічних конференціях, присвячених 75-річчю академіка Ю.М.Петрова (м. Кишинів, 1996 р.), “Проблеми розробки, виробництва, експлуатації та ремонту під'йомно-транспортних, будівельних та шляхових машин” (м. Кіровоград, 1996 р.), “Проблемы конструирования, производства и эксплуатации сельскохозяйственной техники” (м. Кіровоград, 1997 р.) та 65-річчю державного аграрного університету Республіки Молдова (м. Кишинів, 1998 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 7 статей та отримано позитивне рішення на видачу патенту України.

Обсяг і структура роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел, який нараховує 101 найменування, з яких 1 на іноземній мові, та додатків. Загальний обсяг роботи складає 155 сторінок, 29 таблиць, 60 рисунків тощо.

2. ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ. Обгрунтовано актуальність роботи, викладені основні положення, які виносяться на захист.

Розділ 1. “Стан проблеми, вплив зносів спряжених деталей на працездатність насоса. Мета і задачі дослідження”. Аналіз відомих методів ремонту шестеренних насосів дозволив зробити висновок, що більшість з них заснована на відновленні деталей насоса до номінальних і навіть до збільшених ремонтних розмірів. Найбільш близьким до запропонованого нами способу є спосіб, розроблений П.Р.Кудрявцевим, який полягає у перешліфуванні шестерень під зменшений ремонтний розмір до видалення слідів спрацювання та відновлення зазору у спряженні “вершини зубців - стінки корпусу” шляхом зміщення шестерень в бік камери всмоктування. Спосіб відрізняється надзвичайно малими енерго- та матеріальними витратами. Але існуюча технологія не в повній мірі використовує потенційні можливості деталей насоса, які надійшли до ремонту, що в значній мірі впливає на ефективність застосування способу. Зокрема подальше збільшення такої вади, як нерівномірність навантажень ведучої та веденої шестерень, призводить до того, що довговічність відремонтованих насосів складає 45...51% при нормативі 80% від довговічності нових насосів.

Проведений огляд і аналіз робіт вітчизняних та зарубіжних дослідників в області визначення впливу величин і напрямків об'ємних втрат у шестеренному насосі на його КОП показав, що в насосах цієї конструктивної схеми існують зазори, які в більшій мірі відповідають за об'єм втрат робочої рідини з камери нагнітання. Нами визначено, що одним з найважливіших є радіальний зазор між вершинами зубців шестерень та стінками корпусу, який, по-перше є одним з основних напрямків втрат робочої рідини, а по-друге - саме його величина і форма безпосередньо визначають величини навантажень підшипників насоса та впливають на ефективність роботи системи автокомпенсації торцевих зазорів. Останній факт в значній мірі обумовлює загальний перерозподіл втрат робочої рідини через всі інші спряження насоса.

Питання теоретичного та експериментального визначення впливу величини зазору у кожному спряженні насосів НШ-У розглядалися в роботах Є.М.Юдіна, Т.М.Башти, П.Р.Кудрявцева, В.А.Дідура, В.Ю.Черкуна, Ю.В.Кулєшкова, В.А.Петренко та інших авторів.

Проведений огляд і аналіз дозволив визначити мету роботи та сформулювати основні задачі дослідження.

Розділ 2. “Методика досліджень”. Для досягнення визначеної мети та розв'язання поставлених задач запропонована наступна програма досліджень:

Визначення величини зносу спряжених деталей насоса, які визначають величину і впливають на форму радіального зазору.

Визначення теоретичних залежностей впливу величини і форми радіального зазору між вершинами зубців та стінками корпусу на кількість рідини, що перетікає цим зазором з камери нагнітання до камери всмоктування насоса та їх експериментальна перевірка.

Теоретичне визначення характеру зміни тиску в радіальному зазорі, величини і кута дії результуючого навантаження в залежності від величини і форми цього зазору між камерами нагнітання і всмоктування та проведення експериментальних досліджень цих параметрів, які, в основному, визначають працездатний стан насоса.

Визначення величин деформацій стінок колодязів корпусів, відновлених за розробленою технологією розточування під ремонтний розмір на окремих ділянках.

Розробку технологічного процесу ремонту шестеренних насосів типу НШ-У ресурсозберігаючим способом зменшених ремонтних розмірів та проведення техніко-економічної оцінки ефективності її впровадження.

Проведення прискорених стендових та експлуатаційних випробувань відремонтованих за розробленою технологією насосів.

З метою детального дослідження впливу величини та форми радіального зазору на кількість рідини, що перетікає цим зазором, було спроектовано і виготовлено пристрій в якому моделювався вищеозначений процес. Особливість розробленого пристрою полягала в тому, що була створена можливість підвищення точності оцінки втрат саме через радіальний зазор за рахунок виключення інших можливих напрямків втрат робочої рідини. Всі конструктивні розміри спроектованого пристрою було співвіднесено до розмірів насоса НШ32-У, що надавало змогу найбільш точно промоделювати процес втрат робочої рідини через радіальний зазор і виключити вплив форми та властивостей поверхонь спряжених деталей на об'ємні втрати цим зазором. Процес перетікання рідини через радіальний зазор відбувався під значним перепадом тиску (подібно до процесу, який відбувається в насосі). Експериментальний пристрій було змонтовано на стенді для проведення прискорених випробувань - КИ-4200.

Визначення характеру зміни тиску в радіальному зазорі між камерами нагнітання та всмоктування проводили за допомогою індикаторних діаграм робочого процесу насоса, які було отримано осцилографуванням тиску в міжзубцевій западині веденої шестірні. Пристрій для запису індикаторних діаграм складався з тензометричного датчика тиску циліндричного типу, який було вмонтовано у ведену шестірню і постійно з'єднано з однією міжзубцевою западиною, магнітоелектричного осцилографу Н-105, який дозволяв проводити запис процесу зі швидкістю не менш 2 м/с. В якості тензопідсилювача був використаний тензопідсилювач 8АНЧ-7М. Величина похибки вимірювання тиску під час запису індикаторних діаграм не перебільшувала 10%.

Тензометрування корпусів насосів проводили при закріпленому валі приводу і подачі масла під робочим тиском у вихідний отвір насоса. Вхідний отвір насоса було відкрито для вільного витікання робочої рідини. В експерименті використовувалися дротяні тензодатчики. Тензометрування проводили по периметру обох колодязів корпусу насоса в зоні розташування передніх втулок та шестерень; на поверхню кожного колодязя наклеювалося по 5 активних датчиків. З метою виключення впливу температури робочої рідини в схему було підключено компенсаційний тензодатчик. Тензодатчики тарирувалися на балці рівного опору у відповідності до вимог на тарирування машин та приборів. Експериментальне визначення величин деформацій стінок колодязів корпусу проводили при тисках 5, 10, 14,5 та 17,5 МПа.

Прискорені стендові випробування насосів відремонтованих за розробленою технологією проводилися за методикою заводу-виготовлювача на ВАТ “Гідросила” м. Кіровоград. На експлуатаційні випробування, які проводилися у господарствах Кіровоградської області було встановлено 10 насосів НШ32-У відремонтованих за розробленою технологією.

Розділ 3. “Теоретичні дослідження”. Дослідження руху рідини в радіальному зазорі між вершинами зубців та стінками колодязів корпусу проводилося на основі розглядання рівнянь руху в'язкої рідини Нав'є-Стокса та рівнянь безперервності потоку рідини.

В результаті аналізу руху рідини в зазорі, з урахуванням величини та форми радіального зазору, отримані аналітичні залежності, які визначають величину втрат через цей зазор. Виявлено, що на ділянці між камерами нагнітання та всмоктування, під дією перепаду тиску від до , величину об'ємних втрат насоса слід визначити за формулою:

(1)

де, - тиск рідини у камері нагнітання, Па;

- середня величина ексцентричного радіального зазору, м;

- радіус вершин зубців, м;

- коефіцієнт динамічної в'язкості робочої рідини, Пас;

- кутова швидкість обертання шестірні, с-1;

- ширина шестірні, м;

- довжина дуги, яка утворює радіальну щілину, м.

Аналіз виразу для визначення об'єму рідини, що перетікає радіальним зазором за вищенаведеною формулою показав, що різке падіння величини втрат відбувається вже на куті , який відповідає відстані між сусідніми зубцями шестірні; отже зона ущільнення в насосах даної конструктивної схеми не співпадає з перехідною зоною, а обмежена двома зубцями.

Наведений вираз (1) дає можливість з урахуванням властивостей робочої рідини визначити характер зміни тиску в перехідній зоні між камерами нагнітання та всмоктування. Тиск в западині почне збільшуватися з моменту її герметизації від зони низького тиску, тобто з моменту перекриття кромки отвору всмоктування вершиною зуба ротора.

З урахуванням того, що робоча рідина може стискатися швидкість зміни тиску в западині визначається кількістю рідини, яка надійде до неї через радіальний зазор між вершинами зубців та стінками колодязів корпусу:

, (2)

де - тиск в западині, Па;

- модуль пружності робочої рідини, Пас;

- об'єм западини, м3;

- об'єм рідини, що перетікає через радіальний зазор, м3/с.

Інтегрування диференційного рівняння (2) при початкових умовах та дає можливість отримати залежність для визначення характеру зміни тиску у западинах шестерень від кута повороту роторів в межах перехідної зони, яка після ряду перетворень з урахуванням ексцентричної форми радіального зазору має вигляд:

(3)

де К=0,9 - коефіцієнт, який враховує вплив об'єму рідини, що переноситься шестернями з камери всмоктування до камери нагнітання за рахунок налипання молекул рідини на вершини зубців шестерень;

- кут перехідної зони, град;

- змінне значення кута перехідної зони;

- радіус колодязів корпуса, м;

- величина ексцентриситету, м.

- робочий об'єм насоса, м3/об.

Аналіз залежності (3) дозволив визначити ступінь впливу величини радіального зазору і його форми (яка визначається ексцентриситетом розташування шестерень у колодязі корпусу) на величину і напрямок дії результуючого навантаження шестерень.

Визначення величини рівнодіючої сили навантаження з урахуванням розподілу тиску за залежністю (3) показало, що навантаження на шестерні залежить від величини і форми радіального зазору, параметрів робочого процесу насоса та властивостей робочої рідини. При цьому величина результуючого навантаження на веденій шестерні може перебільшувати навантаження на ведучій у 1,1-1,6 рази.

Однією з найбільших переваг розробленого способу ремонту насосів НШ-У є вирівнювання навантажень на шестернях, за рахунок зміщення вузла качання на певні відстані у відповідних напрямках, що до речі складає сутність винаходу (отримано позитивне рішення). Величини і напрямки зміщення кожної шестерні вибрані так, що форма радіального зазору між стінками корпусу і вершинами зубців для кожної шестірні своя, чим і забезпечується вирівнювання навантажень. Більш того, під час експлуатації, відремонтованого за запропонованою технологією насоса, різниця між навантаженнями не збільшується, що є характерною відзнакою розробленого способу від інших (в тому числі у порівнянні з новим насосом).

На рис.1 наведена розрахункова схема, яка дозволяє проаналізувати можливі положення кожної з шестерень, і за допомогою якої було визначено оптимальні “точки контакту” шестерень з стінками колодязів корпусу.

Основними критеріями вибору оптимальних “точок контакту” ведучої та веденої шестерень були наступні технічні параметри: по-перше - зменшення і вирівнювання навантажень; по-друге - збереження кутів дії результуючих навантажень, які б забезпечували надійне притискання шестерень до стінок колодязів корпусу на інтервалі зміни величини радіального зазору від 0,1 мм до 0,25 мм.

Згідно з наведеними на рис. 2 та рис. 3 теоретичними залежностями оптимальними точками є: точка “13” для веденої шестерні та точка “19” - для ведучої шестірні. Розміщення шестерень у визначених точках дозволяє вирівняти навантаження на веденій та ведучій шестернях (різниця навантажень не перебільшує 5...10%) та знизити навантаження на веденій шестірні на 20% у порівнянні з існуючим методом зміщення вузла качання, що дозволяє:

- збільшити КОП насоса за рахунок зменшення втрат робочої рідини через зазори у різних спряжених;

- збільшити міжремонтний ресурс відремонтованого насоса до 80% від ресурсу нового.

Розділ 4. “Результати експериментальних досліджень”. З метою визначення дійсної величини радіального зазору було проведено мікрометраж поверхонь деталей, які відповідальні за утворення цього зазору. Статистична обробка експериментальних даних показала, що в зношених насосах даної конструктивної схеми величина радіального зазору звичайно знаходиться в межах мм.

Експериментальне визначення кількості робочої рідини, що перетікає радіальним зазором між вершинами зубців та стінками колодязів корпусу, підтвердило теоретичні розрахунки щодо вирішального впливу величини і форми цього зазору на об'єм втрат з камери нагнітання. Так збільшення величини ексцентриситету приводить до різкого збільшення об'єму втрат робочої рідини при всіх значеннях величини радіального зазору, що належать інтервалу 0,10- 0,25 мм. Більш того об'єм робочої рідини через радіальний зазор значно змінюється, якщо величина ексцентриситету порівняна з величиною радіального зазору. Тим самим підтверджується теоретично визначена, мінімально необхідна величина кута ущільнення радіального зазору лежить в межах .

Досить помітна різниця (більше 15%) експериментально визначених величин втрат робочої рідини над теоретичними, при малих величинах радіального зазору, пояснюється наближеннями змодельованого процесу перетікання рідини у розробленому пристрої. Так у формулі (1) доданок визначає об'єм рідини, що переноситься з камери всмоктування до камери нагнітання при обертанні шестерень. У спроектованому пристрої, з метою виключення втрат рідини через торцевий зазор, шестірня нерухомо закріплюється у корпусі, за рахунок чого виключається виникнення фрикційної складової течії. При малих величинах радіального зазору, порядку 0,08...0,15 мм величина цього доданку є досить вагомою і складає до 10% напірної складової.

Аналіз характеру розподілу тиску в радіальному зазорі перехідної зони між камерами нагнітання та всмоктування, проведений на базі насоса НШ32-У, дозволив перевірити основні теоретичні висновки про характер зміни тиску в цій зоні. Співставлення результатів експериментальних та розрахункових даних показало, що максимальна різниця між теоретично розрахованими величинами та експериментально отриманими результатами не перебільшує 10%. Більш того, розроблена теоретично математична модель зміни тиску, дозволяє швидко, з високим ступенем точності (похибка становить менше 10%), визначити як величину результуючого навантаження перехідної зони та кута його дії, так і величину та кут дії загального результуючого навантаження, в залежності від зміни геометричних розмірів спряжених деталей (величин зазорів) та властивостей робочої рідини. Її застосування значно скорочує розрахунки пов'язані не тільки з вибором оптимального способу ремонту насоса, а й надають змогу провести повний теоретичний аналіз робочого процесу шестеренних насосів будь-яких типів.

Встановлено визначальний вплив величини і форми радіального зазору на величину загального навантаження підшипників і перевірена можливість розвантаження останніх за рахунок зміни взаємного положення шестерень по відношенню до колодязів корпусу. Так в базовому насосі НШ32-У при тисках 14...20 МПа спостерігається значне підвищення температури підшипників ковзання, що свідчить про наявність напівсухого тертя та може привести до схоплювання та заклинювання підшипників насоса. Зменшення питомих навантажень підшипників значно збільшує як їх ресурс, так і ресурс насоса в цілому. Крім того зменшується величина загальних втрат через основні спряження, за рахунок виключення перекошування вузла качання, чим значно підвищується надійність роботи та КОП насоса.

Співставлення величин деформацій корпусів, розточених за різними технологіями, з базовим (див. рис. 4) дало змогу переконатися в тому, що розточування колодязів корпусу не по всьому периметру, а лише по його частині в зоні ущільнення має кращий результат. При цьому слід зауважити, що конструктивно корпуси насосів НШ-У виконані таким чином, що найбільша деформація спостерігається в зоні розташування передніх втулок.

Дійсно аналіз наведених на рис. 4 порівняльних графічних залежностей величин деформацій колодязів корпусів, відновлених за різними технологіями свідчить про те, що:

- корпуси відновлені розточуванням на окремих ділянках, обмежених кутом 500 за розробленою технологією, мають величини деформацій, які порівняні з величинами деформацій нового корпусу;

- при цьому, розточування корпусів по всьому периметру, колодязів призводить до помітного збільшення деформацій стінок не тільки в зоні розташування передніх рухомих втулок, а й у зоні розташування шестерень;

- збереження деформаційної стійкості розточених корпусів дозволяє зберегти мінімально необхідні величини зазорів у спряженнях “вершини зубців - корпус” та “корпус - втулки”, і тим самим виключити можливість збільшення об'єму втрат робочої рідини і зменшення КОП насоса, яке має місце в разі розточування корпусів по всьому периметру.

Проведені стендові прискорені ресурсні випробування за методикою заводу-виготовлювача показали, що:

Порівняння величин зносів поверхонь деталей насоса, відремонтованого за запропонованою технологією, виявило вирівнювання зносів одноіменних поверхонь ведучої та веденої шестерень. При цьому величини зносів цих поверхонь у насосі, який було відремонтовано за існуючою технологією розточування колодязів по всьому периметру та зміщення вузла качання в бік камери всмоктування, відрізняються між собою в 1,2-1,5 рази (більше значення відноситься до зносів поверхонь веденої шестірні).

2. Застосування при ремонті насосів запропонованої технології розточування окремих ділянок та зміщення шестерень в оптимальних напрямках дозволяє знизити величини зносів спряжених поверхонь деталей, за рахунок зменшення навантажень, які діють на них з боку робочої рідини.

Насоси, відремонтовані за розробленою технологією перед стендовими прискореними випробуваннями показали КОП у межах 0,90...0,92, що відповідає вимогам на капітальний ремонт насосів даного типу. Після закінчення випробувань КОП відремонтованих насосів було зафіксовано в межах 0,82...0,86, що говорить про високу ефективність запропонованої технології ремонту.

Довірча ймовірність вимірів не перебільшувала, як правило , при відносній точності , що можна вважати достатнім.

Розділ 5. “Технологічний процес ремонту насосів. Техніко-економічна оцінка результатів впровадження розробленої технології”. На основі результатів проведених досліджень для відновлення працездатного стану шестеренних насосів НШ-У було запропоновано технологічний процес, який дозволяв більш ефективно використовувати потенційні можливості деталей насоса. За запропонованим технологічним процесом відновленню підлягали деталі насоса:

- корпус - розточуванням до видалення слідів зносу на окремих ділянках обмежених кутом 500 у визначених в роботі напрямках;

- шестірні - шліфуванням під певний ремонтний розмір за трьома робочими поверхнями.

- втулки - відливанням з матеріалу старих втулок із зміщенням отвору під цапфи шестерень та зміною розмірів поверхонь спряжених з корпусом та шестернями.

ВИСНОВКИ

1. Вивчення спрацьованого стану деталей насоса показало:

- майже всі деталі насоса мають нерівномірний характер зносів, який в основному обумовлюється відповідним характером навантаження цих деталей;

- величини зносів поверхонь веденої шестірні та спряжених з нею поверхонь втулок та корпусу в 1,2-1,5 разів більші за зноси поверхонь ведучої шестірні та поверхонь спряжених з нею деталей.

2. Теоретичні дослідження дозволили отримати аналітичні залежності для:

- визначення втрат робочої рідини через радіальний зазор між вершинами зубців та стінками колодязів корпусу;

- визначення мінімально-необхідного кута ущільнення радіального зазору, при якому відбувається значне скорочення об'єму рідини, що перетікає з камери нагнітання до камери всмоктування;

- визначення характеру розподілу тиску в перехідній зоні між камерами нагнітання та всмоктування в залежності від властивостей робочої рідини, конструктивних особливостей насоса та режимів його роботи;

Аналіз проведених теоретичних досліджень дозволив визначити оптимальні положення шестерень в колодязях корпусу при ремонті, при яких відбувається розвантаження підшипників веденої шестірні та вирівнювання навантажень на обох шестернях.

3. Експериментально визначений характер розподілу тиску, що діє на шестірню, в залежності від величини радіального зазору, дав змогу оцінити вплив величини і форми цього зазору на величину і напрямок дії результуючого навантаження підшипників ведучої та веденої шестерень насоса. Аналіз отриманих індикаторних діаграм насоса, який відремонтовано за розробленою технологією, виявив зменшення величин навантажень підшипників веденої шестірні на 15...20%.

4. Визначення величин деформацій стінок, розточеного за розробленою технологією корпусу, показало високу стійкість останнього розтискаючим зусиллям з боку робочої рідини. Так величини деформацій розточеного за запропонованою технологією корпусу на 20...25% менші ніж за існуючою, і порівняні із величинами деформацій нового корпусу.

5. Результати проведених стендових та ресурсних випробувань показали, що ресурс відремонтованих, за розробленою технологією, насосів більший за ресурс насосів, відремонтованих за базовою технологією на 15...20%.

6. На основі проведених досліджень запропонована ресурсозберігаюча технологія ремонту насосів НШ-У (на прикладі насоса НШ32-У) шляхом розточування колодязів корпусів на окремих ділянках обмежених кутом 500 та зміщення перешліфованих під ремонтний розмір шестерень у визначених в роботі напрямках.

7. Запропонована технологія ремонту насосів рекомендується до впровадження на ремонтних підприємствах, які займаються централізованим ремонтом насосів. Річний економічний ефект складає не менше 388000 грн при річній програмі 10000 насосів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ, ЯКІ ВИСВІТЛЮЮТЬ ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Магопець С.О. Передумови ремонту насосів НШ методом зменшених ремонтних розмірів // Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування. - Кіровоград: КІСМ. - 1997, Випуск №1. - С.73-75.

2. Кулєшков Ю.В., Черновол М.І., Магопець С.О., Поповицький В.Л. Класифікація способів ремонту насосів НШ // Проблеми конструювання виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки. - Кіровоград: КІСМ. - 1997. - С.226-232 (класифікація; доля здобувача - 40%).

3. Кулєшков Ю.В., Магопець С.О., Магопець О.С. Зміна ефективності витискання робочої рідини при відновленні насосів типу НШ під зменшений ремонтний розмір // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. - Кіровоград: КІСМ. - 1998. - С.151-158 (аналітичні залежності; доля здобувача - 50%).

4. Кулєшков Ю.В., Магопець С.О. Визначення об'єму втрат робочої рідини через радіальний зазор між верхівками зубців шестерень та стінками корпусу у шестеренних насосах типу НШ-У // Придніпровський науковий вісник. - №110 (177) - Дніпропетровськ: 1998. - С. 41-46 (схемні та конструктивні рішення пристрою; доля здобувача - 75%).

5. Магопець С.О., Кулєшков Ю.В. Визначення деформацій корпусів насосів НШ32-У відновлених методом зменшених ремонтних розмірів // Труды Таврической государственной агротехнической академии. - Выпуск 2. - Том 7. - Мелитополь: 1999. - С. 69-75 (експериментальні результати; доля здобувача - 80%).

6. Кулєшков Ю.В., Черновол М.І., Магопець С.О, Магопець О.С. Теоретичне визначення втрат робочої рідини через радіальний зазор у шестеренному насосі типу НШ // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. - Випуск 5. - Кіровоград: КДТУ. - 1999. - С. 139 - 142 (аналітичні залежності; доля здобувача - 45%).

7. Кулєшков Ю.В., Черновол М.І., Магопець С.О., Магопець О.С. Теоретичне обгрунтування можливості відновлення шестеренних насосів типу НШ методом зменшених ремонтних розмірів // Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація. - Випуск 5. - Кіровоград, КДТУ. - 1999. - С.133 - 136 (доля здобувача - 40%).

Размещено на Allbest.ru

...