Снижение работы трения в резьбовых соединениях насосно-компрессорных труб направленным акустическим воздействием (стр. 2 )

где М и φ, соответственно, - текущий (измеренный) момент силы свинчивания (развинчивания) и угол поворота.

Степень износа определялась по изменению углового смещения, для этого по длине окружности муфты наклеивалась полоса с градуировкой от 00до 3600.

Для дополнительного контроля износа измерялась величина условной “посадки“, то есть расстояние от торца муфты до риски на теле трубы. Кроме того, производилось измерение в режиме реального времени моментов затяжки Мз и развинчивания Мр.

Было проведено 244 серии испытаний свинчивания-развинчивания без ультразвука, 148 – с введением УЗВ перпендикулярно оси трубы и 114 – с введением УЗВ под углом 450 к оси трубы.

Из приведенных результатов видно, что без УЗВ процесс часто происходит «ударно» (Ср. рисунки 5, б и 6, б), так как момент страгивания оказывается слишком большой, и развинчивание начинается только после второго скачка момента на водиле.

На рисунке 7, а и 7, б для случая наложения УЗВ под углом 450 к оси трубы приведены графики зависимостей угла завинчивания и «посадки» от числа циклов нагружения: видна их полная корреляция, что свидетельствует о работе резьбы в области, далекой от ее разрушения и, соответственно, ее «прокрутки».

Видно (рисунок 8, а), что происходит линейный рост температуры (величина достоверности больше 95%). При этом скорость роста температуры в случае наложения колебаний (~1.47) в два раза меньше, чем без наложения (~2,74).

Получено, что при наложении УЗВ работы при свинчивании и развинчивании практически совпадают по величине и существенно меньше, чем без УЗВ: при развинчивании на 10…15%, при свинчивании – 40…50% (рисунок 8, б). Это обстоятельство сказывается на скорости роста температуры зоны контакта резьб, что характеризует степень их износа (см. рисунок 8, а).

описана процедура обезразмеривания влияющих параметров и нахождение области их изменений, а также представлен выбор плана многофакторного эксперимента и результаты опытов в ходе оптимизационного эксперимента.

Выше было показано, что процесс воздействия УЗВ на характеристики свинчивания-развинчивания является сложным интегральным результатом взаимодействия разных взаимовлияющих факторов. Это означает, что необходимо построение многофакторной модели процесса и проведение многофакторного оптимизационного эксперимента, например, полный факторный эксперимент 2N. Причем для сокращения числа опытов реализован выбор необходимой дробной реплики от полной по методу крутого восхождения (поиск оптимума - максимума) Бокса-Уилсона.

В результате проведения каждого эксперимента определяется градиент

, (14)

где хi и -- управляемые и неуправляемые факторы и их единичные орты в многомерном псевдопространстве, задающем область изменения факторов.

Таблица 1 – Обезразмеривание факторов
Параметр	Обозн.	Разм. техн.	Разм. СИ	Безразмерный вид	Обл. варьиров.
Диаметр (наружный) НКТ	D	мм	м	D/λ	0,5…3.0
Толщина стенки НКТ,	d	мм	м	d/ λ	0,5…3.0
Шаг резьбы	h	мм	м	h/λ	0,5…1,5
Угол ввода УЗВ	φ	градусы угловые	-	φ	0…90
Угол профиля резьбы	θ	градусы угловые	-	θ	0…90
Амплитуда УЗВ,	х0	мкм	м	х0/λ	0…0,2
Шероховатость поверхности резьбы	δ	мкм	м	δ/λ	10-5…10-2
Модуль Юнга материала НКТ (сталь)	Е	Па	кг/м∙с2	1	-
Плотность материала НКТ (сталь)	ρ	кг/м3	кг/м3	1	-
Коэффициент трения (сталь-по-стали)	k	-	-	k	0…1
Частота УЗВ	f	Гц	1/c	1	-
Изменение работы силы трения	∆A	Дж	кг∙м2/с2		0…105
Относительное изменение работы силы трения	∆A/a	-	-	-	0…-0,5
Примечания: 1 Единица измерения длины (м) обезразмеривается при помощи длины волны УЗВ в металле λ, зависящей от Е, ρ и ν (см. формулу (12)). 2 Пределы варьирования D, d, h получены из априорного предположения максимальной эффективности при «резонансных» частотах, то есть при соответствующих отношениях, равных 1. 3 Пределы варьирования х0, δ получены делением на «резонансную» длину волны, умноженному на 1,5: верхние пределы - на минимальную, то есть 1 мм (шаг резьбы h), нижние – на максимальную, то есть 114 мм (наружный диаметр трубы D).

Для сокращения количества влияющих факторов (согласно π-теореме) и обобщения полученного решения на класс однородных явлений проведено обезразмеривание путем конструирования безразмерных комплексов (таблица 1), - из которой следует, что искомая функция зависимости изменения работы силы трения свинчивания-развинчивания НКТ должна иметь вид

, (15)

где С1 – безразмерная константа.

Исходя из возможности реализации (и целесообразности) проведения исследований по тому или иному параметру показано, что возможно проведение многофакторного эксперимента по трем независимым переменным: , и функция (15) примет вид (для безразмерного относительного изменения работы силы трения)

, (16)