ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.9.04
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-2-128-133
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Буровые насосы широко используются предприятиями топливно-энергетического комплекса в ходе работ по освоению новых месторождений. Конструктивно буровой насос представляет собой комплекс оборудования. При этом качество функционирования всей установки в целом зависит от отдельных ее элементов. Одним из «слабых мест» в данном случае являются цилиндровые узлы. Проведенный авторами анализ рисков показал, что это наиболее уязвимая часть оборудования. Главной причиной выхода из строя данного узла является нарушение эксплуатационных характеристик цилиндровой втулки. При этом втулки цилиндров буровых насосов чаще всего изготавливают из двух компонентов: в обойму из стали запрессовывают втулку из чугуна. После сборки требуется финишная механическая обработка. При этом использование закаленного износостойкого чугуна снижает эффективность обработки резанием. В данной работе рассматривается возможность замены втулки из высокопрочного чугуна на втулку из серого чугуна, который подвергнут поверхностному упрочнению. Цель работы. Повышение качества цилиндровых узлов буровых наосов на основе использования втулок из серого чугуна с упрочненным слоем. Используемые методы. В работе использованы методы планирования эксперимента, расчетов на прочность, квалиметрическая оценка, метод конечных элементов, теория резания. Новизна. Изготовление износостойких элементов выполняется с использованием нового метода термодиффузионного упрочнения нагревом в контакте с оксидами легирующих элементов. Это позволяет получить на поверхности серого чугуна слой с обратным распределением твердости. В работе проведено комплексное исследование, которое обуславливает возможность замены износостойкого чугуна на серый с упрочненным слоем. Результат. Проведены исследования влияния поверхностного упрочнения серого чугуна посредством нагрева в контакте со смесью оксидов легирующих элементов на прочность и жесткость цилиндровых втулок буровых насосов. В результате установлено, что данные свойства сопоставимы с высокопрочным чугуном. В качестве исходных данных по нагрузке принимались значения давлений, которые возникают при образовании посадки с натягом между обоймой втулки и рабочей частью. Рассмотрены вопросы обрабатываемости резанием. Проведено сравнение использования втулки с элементом из серого чугуна и износостойкого с использованием дифференциального метода. Практическая значимость. Разработанная конечно-элементная модель дает возможность исследовать взаимодействие элементов цилиндровых втулок буровых насосов. При этом имеется возможность изменения действующих усилий и размеров, а также геометрической конфигурации деталей, что позволяет расширить область применения модели. Использование полученных результатов на стадии проектирования узлов машин дает возможность повысить качество продукции за счет грамотного выбора параметров соединения. Также имеется возможность снизить себестоимость продукции за счет применения более дешевого материала и снижения затрат на изготовление. Получены предварительные рекомендации по режимам обработки резанием.
Ключевые слова
качество, втулка насоса, чугун, упрочнение, качество поверхностного слоя, технология
Для цитирования
Некрасов Р.Ю., Овсянников В.Е., Губенко А.С. Повышение качества втулок цилиндров буровых насосов на основе использования серого чугуна с упрочненным слоем // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №2. С. 128-133. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-2-128-133
1. Харисов М.И., Забиров Ф.Ш. Обоснование направлений совершенствования клапанных пар поршневого бурового насоса с целью повышения наработки на отказ и герметичности // Сетевое издание «Нефтегазовое дело». 2019. №2. С. 113-128.
2. Харисов М.И., Забиров Ф.Ш. Совершенствование конструкции клапанной пары бурового насоса // 69-я науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. матер. докл. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2018. 249 с.
3. Харисов М.И., Забиров Ф.Ш. Исследование способов и методов повышения надежности клапанной пары бурового насоса // Современные технологии в нефтегазовом деле – 2018: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф. В 2 т. Уфа: Изд-во УГНТУ, 2018. Т. 2. С. 126–127.
4. Методы и инструменты управления рисками на высокотехнологичном машиностроительном предприятии, оснащенном виброактивным оборудованием / Лонцих П.А., Головина Е.Ю., Лонцих Н.П., Лившиц И.И. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №2. С. 170-180. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-2-170-180
5. ГОСТ РВ 0015-002-2020. Система разработки и постановки на производство военной техники. Системы менеджмента качества. Общие требования. https://euro-register.ru
6. Гаврилова С.В. Концептуальные основы определения высокотехнологичного сектора экономики и функционирования высокотехнологичных компаний // Статистика и экономика. 2014. №2. С. 53-57.
7. Пат. 2493289 РФ. Способ диффузионного титанирования изделий из чугуна / Овсянников В.Е., Гуревич Ю.Г., Фролов В.А., Суханов П.А; заявитель и патентообладатель Курганский государственный университет; опубл. 20.09.2013. Бюл. № 26.
8. Основы взаимозаменяемости: учеб. пособие для вузов / Голыгин Н.Х., Педь С.Е., Дружинин П.В., Бойцов А.Г. М.: Изд-во МИИГАиК, 2020. 316 с.
9. Асаул В.В., Кощеев В.А., Цветков Ю.А. Оценка конкурентоспособности организаций в условиях цифровой экономики // Вопросы инновационной экономики. 2020. №1. С. 533-547
10. Безъязычный В.Ф. Метод подобия в технологии машиностроения: монография. М.: Инфра-инженерия, 2021. 356 с.