Введение
1. Проблемы обеспечения надежности машин на стадии проектно-конструкторской разработки 25
1.1. Регламентируемые виды мероприятий по отработке изделий на надежность на стадии разработки .25
1.2. Методика проектного расчета экономического показателя надежности машины при оценке ее эффективности и качества .30
1.3. Научные основы и анализ современных моделей проектных отказов нагруженных элементов механических систем .35
1.3.1. Общие принципы построения феноменологических моделей отказов деталей машин по предельным критериям прочности на стадии конструирования .35
1.3.2. Надежность элементов при статическом режиме нагружения .40
1.3.3. Проектная оценка надежности элементов по критериям малоцикловой усталости 47
1.3.4. Проектные расчеты показателей надежности элементов по критерию многоцикловой усталости .50
1.3.5. Модели отказов деталей машин по критериям фрикционной усталости материалов при трении .55
1.3.6. Проблемы проектной оценки надежности деталей по предельным критериям прочности на стадии конструирования машин .63
1.4. Кинетический подход к проблеме повреждаемости и разрушения материалов и энергетические теории прочности 65
1.4.1. Сущность и основное содержание кинетического подхода к проблеме разрушения конструкционных материалов .65
1.4.2. Термодинамическая теория прочности твердых тел .72
1.5. Методы по обеспечению надежности элементов механических систем и проблемы их выбора на стадии конструирования 76
1.6. Выводы, цель и задачи исследований .81
2. Научные и методологические основы проектных исследований надежности элементов механических систем по критериям кинетической прочности 85
2.1. Методологические основы проектной оценки надежности технических объектов на стадии конструкторской разработки .85
2.1.1. Математическая формализация базовых понятий теории надежности 85
2.1.2. Общая концепция построения физико-вероятностных моделей параметрических отказов элементов механических систем .91
2.1.3. Методология постановки краевых задач для проектной оценки безотказности и долговечности нагруженных элементов .93
2.2. Научные основы проектных исследований кинетики разрушения материалов элементов механических систем 102
2.2.1. Физическая модель процесса разрушения материалов в поле внешних сил .102
2.2.1.1. Структурная модель материала 104
2.2.1.2. Механизм повреждаемости и разрушения структуры материалов 104
2.2.1.3. Структурно-энергетическая интерпретация процесса 107
2.2.1.4. Термодинамическое условие разрушения материалов. 115
2.2.2. Кинетическое уравнение повреждаемости материалов элементов механических систем .118
2.3. Постановка и решение краевых задач проектной оценки надежности элементов в условиях объемного нагружения 123
2.3.1. Методология построения физико-вероятностных моделей отказов по критериям объемной прочности .123
2.3.2. Краевая задача для проектной оценки надежности элементов в условиях стационарного объемного нагружения 126
2.3.3. Методика конструирования деталей машин с требуемым уровнем безотказности и долговечности по критериям объемной прочности .129
2.4. Постановка и решение краевых задач проектной оценки надежности элементов в условиях поверхностного нагружения (внешнего трения) 131
2.4.1. Особенности методологии построения физико-вероятностных моделей проектных отказов деталей узлов трения 132
2.4.2. Постановка и решение краевых задач для проектной оценки надежности элементов фрикционных сопряжений 136
2.4.2.1. Физическая модель (механизм) усталостного разрушения поверхностных слоев .137
2.4.2.2. Энерго-механическая концепция усталостного поверхностного разрушения элементов сопряжений .139
2.4.2.3. Вывод кинетического уравнения повреждаемости деталей узлов трения на основе энерго-механического подхода 140
2.4.2.4. Постановка краевой задачи теории надежности элементов «стационарных» сопряжений .150
2.4.2.5. Методика конструирования элементов узлов трения с требуемым уровнем безотказности и долговечности .154
2.5. Выводы по второму разделу .156
3. Верификация теоретических результатов при исследовании долговечности стандартных образцов в лабораторных условиях 158
3.1. Исследование повреждаемости и долговечности образцов в условиях одноосного растяжения 158
3.1.1 Экспериментальное определение скорости повреждаемости и ресурса образцов по результатам испытаний на растяжение 159
3.1.2. Теоретическая оценка моментов отказа образцов при их растяжении на разрывной машине 165
3.1.3. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов для оценки адекватности расчетной методики .171
3.2. Достоверность проектной оценки долговечности образцов по критериям
усталостной прочности .173 3.3 Экспериментальные и теоретические исследования долговечности стандартных пар трения по критериям поверхностной прочности (износостойкости) элементов 176
3.3.1. Экспериментальная оценка долговечности элементов пар трения по критериям поверхностной прочности .176
3.3.2. Теоретическая оценка ресурса элементов сопряжений для краевых условий эксперимента 184
3.3.3. Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических результатов .189
3.3.3.1. Оценка адекватности модели отказов элементов сопряжений по критериям поверхностной прочности 191
3.3.3.2. Анализ эффективности предложенных способов повышения долговечности фрикционных сопряжений 194
3.4. Выводы по четвертому разделу .195
4. Проектное обоснование реконструкции привода вращения обжиговой печи d-4,5хl-125 для производства клинкера с целью повышения долговечности .198
4.1. Описание исходной конструкции привода и анализ причин появления внезапных отказов 198
4.2. Проверочный расчет долговечности привода исходной конструкции по критериям прочности фундаментных болтов 200
4.2.1. Кинематическая схема привода исходной конструкции 200
4.2.2. Схема нагружения вала-шестерни открытой зубчатой передачи и исходные данные для расчета 201
4.2.3. Оценка долговечности привода по критериям прочности болтов крепления подшипниковых опор вала-шестерни 202
4.2.3.1. Традиционный расчет по критерию статической прочности..202
4.2.3.2. Расчет долговечности привода по критерию кинетической
прочности и обоснование его реконструкции... 205
4.3. Суть предлагаемых решений по реконструкции привода .207 4.4. Анализ работоспособности и расчет ожидаемого срока службы привода
обжиговой печи новой (предлагаемой) конструкции .208
4.4.1. Кинематическая схема привода новой конструкции .208
4.4.2. Схема нагружения вала-шестерни открытой зубчатой передачи и исходные данные для расчета 209
4.4.3. Расчет долговечности привода новой конструкции по критерию кинетической прочности .212
4.4.4. Промышленная реализация теоретических исследований .214
4.5. Выводы по четвертому разделу .214
5. Проектный анализ и повышение долговечности объемных гидродвигателей уравновешивания рабочих валков прокатных станов 216
5.1. Описание конструкции, анализ повреждений и причин отказов плунжерных гидроцилиндров уравновешивания прокатных валков 216
5.2. Разработка методики проектной оценки долговечности плунжерных гидроцилиндров по критерию поверхностной прочности уплотнений 220
5.2.1. Постановка однопараметрической краевой задачи для прогнозирования срока службы исполнительных гидроцилиндров 220
5.2.2. Формулирование условий однозначности 221
5.2.3. Методика проектной оценки долговечности исполнительных гидроцилиндров 228
5.3 Теоретические исследования долговечности промышленных гидроцилиндров уравновешивания валков.. 230
5.3.1. Организация компьютерного эксперимента 231
5.3.2. Теоретическая оценка долговечности различных вариантов конструкции промышленных гидроцилиндров 233
5.4. Промышленная реализация полученных результатов на станах горячей листовой прокатки .244
5.4.1. Цель и организация промышленных исследований .244
5.4.2. Описание способа и устройства для плакирования плунжеров .245 5.4.3. Экспериментальные исследования долговечности гидроцилиндров на стане 2500 горячей прокатки 247
5.4.4. Промышленные исследования долговечности гидроцилиндров на стане 2000 горячей прокатки .249
5.4.5. Оценка экономической эффективности проведенных исследований 250
5.5.Выводы по пятому разделу 251
6. Проектная разработка золотниковых гидроаппаратов систем гидросбива окалины станов горячей листовой прокатки повышенной долговечности .254
6.1. Описание конструкции, анализ повреждений и причин отказов распределителей гидросбива окалины 254
6.2. Разработка методики проектной оценки долговечности золотниковых гидрораспределителей 257
6.2.1. Постановка двухпараметрической краевой задачи для прогнозирования срока службы распределителей .257
6.2.2. Формулирование условий однозначности 259
6.2.3. Методика проектной оценки долговечности золотниковых гидрораспределителей 264
6.3. Теоретические исследования долговечности золотниковых гидроаппаратов 265
6.3.1. Организация компьютерного эксперимента 266
6.3.2. Прогнозирование долговечности различных вариантов конструкции гидрораспределителей 268
6.4. Промышленная реализация теоретических результатов на станах горячей листовой прокатки 281
6.4.1. Цель и организация промышленных исследований 281
6.4.2. Промышленные исследования долговечности распределителей на стане 2500 горячей прокатки 282 6.4.3. Экспериментальные исследования срока службы золотниковых распределителей стана 2000 горячей прокатки 285
6.4.4. Оценка экономической эффективности проведенных исследований 287
6.5. Выводы по шестому разделу .287
Заключение 290
Библиографический список
