НЕФТЬ И ГАЗ-1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

электрическим способом на металлизированной бумаге в прямоугольных координатах. Прибор позволяет контролировать диаметры отверстий и проволоки по трем сечениям через 120 градусов, что позволило определять погрешность геометрической формы контролируемого объекта (овальность, огранку).

При отработке метода взаимодействия элементов и компоновке полуавтомата возникла необходимость в создании экспериментальной установки, на которой можно было бы отработать методику контроля, механизм считывания дифракционной картины, вопросы дешифровки, информации и индикации результатов измерений на цифровом табло. Создание такой установки, ее испытания, эксплуатация и выявление возможных недостатков позволило разработать оптимальную конструкцию полуавтомата с учетом всех требований, предъявляемых к современным измерительным приборам. Созданная установка для контроля проволочек микронных диаметров позволяет решить основной вопрос контроля – замерить дифракционную картину от контролируемой проволочки с точностью до 0.01мм, что в свою очередь обеспечивает заданную точность контроля микропроволочек.

Вопрос о полной автоматизации процесса контроля микропроволочек может быть решен исключением ручной фиксации минимумов дифракционной картины и автоматизацией пересчета расстояния между минимумами в диаметр проволочки по ранее приведенным формулам.

Вопрос об автоматизации процесса фиксации минимумов может решается применением электронно-оптического метода считывания дифракционной картины. Нами были исследованы дифракционные картины, получаемые от малых объектов: проволочек, щелей, дифракционных решеток, отверстий различной геометрической формы. При этом наибольший объем исследований был уделен исследованию нихромовых проволочек в диапазоне 6 - 350 мкм и круглых отверстий в диапазоне 9 – 260 мкм.

Исследование дифракционных картин от круглых отверстий производилось на различных материалах стали, твердом сплаве, рубине, синтетических и естественных алмазах – на не прозрачных и прозрачных объектах измерения. Проведенные эксперименты позволили осуществить построение кривых распределения освещенности дифракционных картин с точностью отсчета расстояния между минимумами и максимумами освещенности до 0.05 мм. Проведенные эксперименты позволили осуществить построение кривых распределения освещенности дифракционных картин с точностью отсчета расстояния между минимумами и максимумами освещенности до 0.05мм.

Анализ экспериментальных данных, полученных при исследовании влияния конусности на характер дифракционной картины, показал, что освещенность и положение минимумов и максимумов дифракционной картины не изменяется с изменением направления луча лазера в малое или большее основание конического отверстия. Измерение положений мини-

66

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

мумов дифракционных картин при подвижном экране, показали, возможность измерения размеров малых объектов путем определения расстояния от измеряемого объекта, до положения подвижного экрана в точке минимума картины при постоянном расстоянии от объекта до экрана.

Вопрос о считывании дифракционной картины и определении расстояния между минимумами освещенности является наиболее сложным при измерении дифракционным способом. Поэтому в результате исследования необходимо решить вопросы: точного определения расстояния между минимумами дифракционной картины, дешифровки и цифровой индикации результатов измерения (расстояния между минимумами) на цифровом табло: определить погрешности и точность измерения на приборе, выбрать вариант изготовления полуавтомата для измерения проволочек, щелей и отверстий.

Исследования дифракционных картин позволяют сделать заключение о возможности использования многомодовых He-Ne лазеров в измерительных дифракционных устройствах. При этом точность измерения будет выше при использовании дифракционной схемы с неподвижным экраном, по сравнению со схемой с подвижным экраном. В результате проделанной экспериментально-исследовательской работы сделаны следующие выводы:

дифракционный способ измерения пригоден для измерения линейных размеров малых объектов;

наиболее существенной является погрешность измерения расстояния от объекта до экрана. Эта погрешность снижается при уменьшении измеряемого диаметра D и увеличении расстояния до экрана;

чувствительность и точность отсчета при измерениях наиболее высока на минимуме первого порядка;

изменение минимумов различных порядков как для проволочек, так

иотверстий подчиняется установленной закономерности;

зависимость диаметра от расстояния минимума освещенности до центра дифракционной картины обратно пропорционально и существенно снижается при изменении размера измеряемого объекта;

конусность отверстия не влияет на характер распределения минимумов и максимумов дифракционной картины;

при измерении дифракционным способом возможно использование многомодовых лазеров;

наибольшую трудность при определении линейных размеров является определение положения минимумов дифракционной картины. Принимая во внимание функциональность и сравнительную просто-

ту способа контроля, разрабатываемый прибор может быть применен на предприятиях с соответствующей номенклатурой выпускаемых изделий, а также при проведении экспериментальных исследований и решения проблем контроля объектов малых линейных размеров.

67

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Список литературы

1.Koedam M. Determination of small dimensions by diffraction of laser beam / M. Koedam // Philips technical review. 1966. - Vol. 27, N. 7. - P. 208-210.

2.Dew C.D. The application of spatial filtering techniques to profile inspection and an associated interference phenomenon // Optica Acta. 1970. - № 4. - V. 17. -P. 237-257.

3.Дербишер А. В. Методы контроля на машиностроительных предприятиях Швеции.-М.: Изд-во стандартов,1968.-51 c.

4.Harvey D. M., Hobson C. A., Labur M. J. Optical inspection of small component. Proc. Contr., Birmingham, 27-29 apr., 1982. Kempston, 1982, p. 153-160.

5.Walter Kloffer. Introduction to polymer spectroscopy. // Polymer 1. Properties applications V .7 Berlin1984- P.3

6.Осмоловская Е. П., Лоди М. Н. Пределы и погрешности измерения тонких лент дифракционным методом // Измерительная техника. 1973. - № 6. - С. 13-17.

7.Осмоловская Е. П., Лоди М. Н. Пределы и погрешности измерения тонких лент дифракционным методом // Измерительная техника. 1973. - № 9. - С. 21-24.

8.Лукьянов А. А., Кубик Т. Н.. Контроль положения и скорости мобильных роботов с использованием видеосистем // Приборы и системы. Управление, контроль,

диагностика, 2005. -№ 8.- С. 5 - 11.

9.А.с. 324486 СССР, МПК6 G01B11/10. Оптическое устройство для измерения малых линейных размеров [Текст] / А. И. Карташев , А. Н. Королев (СССР). - № 1453996/25-28; заявлено 06.01.1970; опубл. 01.01.1972. - С. 11-14.

10.Квантовая электроника: Малая энциклопедия. — М.: «Советская энциклопе-

дия», 1969. - 431 с.

УДК 621.83

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕДАЧ НОВИКОВА В НЕФТЕГАЗОВОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

А. А. Силич, Э. М. Юсупова

г. Тюмень, Тюменский государственный нефтегазовый университет

Развитие теории приводов связано с совершенствованием методов построения схем по выбранному критерию оптимальности, например по условию получения минимального числа элементов, составляющих схему. Исходя из этого в трансмиссии вертолета, более рационально применять передачи Новикова [1].

Если профиль зубьев изготовить выпукло – вогнутым, зубья имеют точки контакта как до полюса, так и за полюсом. Такую передачу называют дозаполюсной и она имеет две линии зацепления. Зубчатые колеса с дозаполюсным зацеплением можно нарезать одним инструментом.

Поскольку радиусы кривизны профилей зубьев очень близкие по значению, то после приработки зубья контактируют на значительной части своей высоты. В свою очередь, вследствие больших радиусов кривизны винтовых поверхностей косых зубьев, их контакт распространяется и на некоторую часть длины зубьев. Особенно большую поверхность контакта имеют дозаполюсные передачи.

68

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таким образом, передачи Новикова, особенно дозаполюсные, имеют

в1.5... 2 раза более высокую несущую способность, повышенное значение КПД и стойкость против износа по сравнению с эвольвентними [2].

Преимущества зубчатых передач с зацеплением Новикова:

повышенная контактная прочность зубьев за счет использования зацепления вогнутого профиля с выпуклым (приведенный радиус кривизны определяется суммой радиусов кривизны профилей);

перекрытие в передачах Новикова обеспечивается только за счет осевого перекрытия, поэтому высота зубьев может быть достаточно малой, что обеспечивает высокую изгибную прочность зубьев (в целом, по приблизительным оценкам, нагрузочная способность передач Новикова в 2-3 раза выше, чем косозубых эвольвентных передач с одинаковыми размерами);

точечное зацепление (пятиподвижная кинематическая пара) обеспечивает в передачах с зацеплением Новикова меньшую чувствительность к монтажным погрешностям.

К недостаткам передач Новикова можно отнести:

более сложную технологию изготовления инструмента, за счет использования профилей криволинейной конфигурации;

наличие значительных осевых нагрузок на подшипники из-за использования винтовых зубьев с большими углами подъема винтовой линии;

склонность зубьев винтовых колес к излому у торца при входе

взацепление. Однако при применении продольного фланкирования зубьев может свести на нет этот недостаток.

Утверждать, что все обстоит хорошо, с внедрением зубчатых передач Новикова и нет никаких трудностей, конечно, нельзя.

Принимая во внимание масштабы применения в отечественном и мировом редукторостроении положение более правильно трактовать, как достаточно широкое внедрение. Несмотря на то, что технологический уровень производства зубчатых колес с зацеплением Новикова остался, мягко говоря, на том же уровне, что и 50 лет назад, а учитывая достаточно большой износ оборудования в России, откатился назад.

Это является одной из главных причин, сдерживающих более широкое внедрение этого вида передач.

Вторая причина, сдерживающая более широкое внедрение и производство передач Новикова – это недостаточная точность зубообрабатывающего инструмента для передач Новикова. Точность профиля червячных фрез – основного зуборезного инструмента (производства цилиндри-

ческих зубчатых колес HRCэ<350) обеспечивается точностью профилирования шлифовального круга при их затыловании. Профиль шлифовального круга образуется при помощи накатника, что не может сравниться с правкой алмазом по точности.

69

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Хуже обстоит дело с применением контрольного инструмента: где можно использовался контрольный инструмент из арсенала контроля эвольвентного зацепления и универсальный измерительный инструмент, но это является третьей причиной сдерживающей внедрение передач Новикова.

Однако по этому вопросу необходимо сказать следующее. К настоящему времени теоретически решены большинство задач, связанных с геометрическими расчетами передач [3], теоретическим обоснованием возможности обработки с помощью инструментов в виде зубчатого колеса (шевером, зубчатым хоном, зубчатым накатником, червячным абразивным кругом) [4], предложены и опробованы методы и средства контроля зубчатых колес передач Новикова [4] . Теоретическое решение вопросов формообразования боковых поверхностей зубьев колес цилиндрических передач Новикова с помощью производящего колеса позволяет осуществлять проектирование и изготовление таких инструментов как шеверы и зубчатые хоны для обработки колес, зубчатые накатники, как для накатывания колес, так и для поверхностно-пластической обработки всей боковой поверхности зубьев колес.

Рассмотрены и решены теоретические вопросы, связанные с формообразованием зубчатых колес путем шлифования [4]. Во многих случаях теоретическое решение задач подтверждено практическими разработками:

-были спроектированы, изготовлены и внедрены в производство зубчатые шеверы для обработки колес цилиндрических передач Новикова

сисходными контурами ЮТЗ-65 и НИИМ и ПМ-5А;

-были проведены опытные и промышленные испытания метода шевингования колес передач Новикова, которые показали положительные результаты по улучшению качества колес после шевингования;

-были изготовлены опытные образцы зубчатых хонов для обработки колес передач Новикова;

-процесс шлифования зубчатых колес передач Новикова практически отрабатывался на операции шлифования и переточки зубчатых шеверов. При этом также отрабатывались вопросы контроля зубчатых колес.

К настоящему времени можно установить рациональные области (сферы) применения передач Новикова и возможности улучшения их качества за счет использование финишных методов обработки.

Наиболее широкой областью использования передач Новикова является редукторостроение:

-общепромышленные редукторы с передачами Новикова производятся на ОАО «Редуктор», Майкопском редукторном заводе и ряде других фирм и предприятий;

-редукторы энергетических машин с передачами Новикова производятся в Китае и поставляются даже на экспорт;

-редукторы для нефтедобывающей и газоперекачивающей промышленности [2,4,5];

70

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

-зубчатые передачи в горноперерабатывающей и цементной промышленности;

-приводы транспортных машин и авиационной техники [1]. Зубчатые передачи Новикова довольно прочно завоевали позиции в

редукторостроении благодаря своим преимуществам. Повысить конкурентноспособность этих передач по сравнению с другими возможно за счет применения финишных методов обработки, методов поверхностнопластического деформирования боковых (рабочих) поверхностей зубьев, использования продольного фланкирования зубьев передач [6].

Приведем мнение предприятий производителей оборудования с передачами Новикова:

ООО ТехноГрупп, г. Челябинск, в аннотации на редукторы указы-

вают:

«Передачи с зацеплением Новикова имеют высокую способность к нагрузке, в 2,5 раза выше, чем при эвольвентном зацеплении, при одинаковом угле давления и скорости, и в разы компактнее и имеют низкий уровень шума.

ООО «Редуктор» г. Санкт-Петербург, производит редукторы кониче- ско-цилиндрические техступенчатые горизонтальные специальные зацеплением Новикова. Тип КЦ2: КЦ2-125Н, КЦ2-160Н, КЦ2-200Н, КЦ2-250Н.

Завод конвейеров и транспортеров "Феникс" в г. Саратове производит конвейеры и транспортеры (ленточные, сетчатые, винтовые, рольганги). Реализует редукторы, мотор-редукторы, тали электрические. Редукторы тип КЦ2: двухступенчатые Ц2У-Н и Ц2Н с зацеплением Новикова.

По данным ОАО «Редуктор», г. Ижевск, Удмуртская Республика.

В 1991 году завод по заданию ОАО «Удмуртнефть» приступил к разработке, а позже к серийному изготовлению редукторов для станков-качалок. А в 1999 году предприятие перешло к серийному производству самих балансирных станков-качалок, и с того времени более 4000 штук этих приводов отгружено нефтедобытчикам России и стран СНГ. Сегодня Группа предприятий «Редуктор» входит в тройку ведущих производителей данного оборудования в России. В настоящее время самыми распространенными станками-качалками в нефтедобывающих компаниях на территории бывшего СССР остаются станки-качалки типа СК и СКД разработки Азербайджанского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института нефтяного машиностроения (АзИНМаш). Их основным преимуществом является высокая унификация основных деталей и узлов. Диапазон чисел качаний располагается в пределах 5 — 12 качаний в минуту.

Вкачестве привода используется электродвигатель, передающий посредством ременной передачи крутящий момент на входной вал редуктора.

Встанках-качалках данного типа были применены двухступенчатые шевронные редукторы типа Ц2НШ (двухступенчатые с шевронной зубчатой цилиндрической передачей с зацеплением Новикова) с передаточным числом 37 — 41. В современных условиях, когда приоритетом развития неф-

71

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

тедобывающих компаний является минимизация собственных издержек (при повышении общей доли трудно извлекаемых нефтей), на одно из первых мест выходит экономичность работы нефтепромыслового оборудова-

ния [7].

Завод «Арсенал-Деталь» г. Екатеринбург наладил производство зубчатых передач с круговой формой профиля зубьев (передача Новикова с одной и двумя линиями зацепления) и с циклоидальной [8].

Впериод приблизительно с 1970 года по 1986 (до момента начала перестройки и распада СССР) в СССР проводилось достаточно интенсивные работы по исследованию и внедрению передач Новикова в промышленность. Аналогичные работы велись и в других высокоразвитых странах (США, ФРГ, Франция, Япония и т.д.) об этом говорят многочисленные конференции по зубчатым передачам, которые проходили в недалеком прошлом:

Ввосьмом научно-техническом Международном конгрессе «Машины, технологии, материалы'11». 18-21 сентября 2011 года, г. Варна, Болгария. Проводился специализированный семинар по зубчатым передачам

«Gear Transmission'11».

Международная конференция по зубчатым передачам (14-16 сентябрь 2005г., Мюнхен, Германия).

Институт механики Ижевский государственный технический Университета имени М.Т. Калашникова, организует периодически (один раз в два года) Международный симпозиум «Теория и практика зубчатых передач».

Вг. Севастополе в конце августа начале сентября уже более пятнадцати лет периодически проходит международная конференция «Проблемы качества и долговечности», начало конференции положила А.В. Павленко, затем продолжил А.Ф. Кириченко.

Список литературы

1.Механические передачи вертолетов / Под ред. В.Н. Кестельмана. - М.: Машиностроение, 1983.- 120 с.

2.Короткин В.И., Харитонов Ю.Д. Зубчатые передачи Новикова. - Ростов/Д.: Изд-во Ростовского ун-та, 1991.-208 с.

3.Силич А.А. Геометрический расчет цилиндрических передач Новикова: Учебное пособие. – Курган: Изд. Курганского гос университета, 2001. – 84 с.

4.Силич А.А. Технология обработки зубчатых колес цилиндрических передач Новикова: монография. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2007. – 162 с.

5.Силич А.А. Разработка геометрической теории проектирования передач Новикова и процесса формообразования зубьев колес: Дисс…. докт. техн. наук. - Кур-

ган, 1999. – 534 с.

6.Никомаров С.С., Деркач Н.Д., Крутик Э.Н., Нежельский А.А., Костыря Е.Д. Промышленные испытания редукторных турбобуров с зубчатой передачей Новикова // Труды всесоюзного научно – исследовательского института буровой техники, 1970. –

Вып. 25. – С.101-108.

72

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

7.История компании//new.izh-reduktor.ru: ОАО «Редуктор», мотор-редукторы: производство и продажа / Нефтепромысловое оборудование. Ижевск, 2013. URL: http://new.izh-reduktor.ru/about/history/ (дата обращения: 15.08.2013).

8.Арсенал-деталь// arsenal-detal.ucoz.ru: Доска объявлений – Персональный сайт. Екатеринбург. 2013. URL: http://arsenal-detal.ucoz.ru/ (дата обращения: 15.08.2013).

УДК 622.24

К СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ МОДЕЛЕЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАБОЙНЫХ И ДРУГИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Г. А. Кулябин, В. В. Долгушин

г. Тюмень, Тюменский государственный нефтегазовый университет

Внаших работах с 1999 года приведена основная часть информации по совершенствованию моделей энергетических характеристик гидравлических забойных двигателей (ГЗД) для проводки скважин. В этом направлении продолжены работы согласно закономерностей в природе, когда приняты более реальные коммуникативные технологические и конструктивные связи в системах и подсистемах объектов.

О понятиях и терминах «системный подход», «системный анализ», «системно-аналитический подход». Все эти термины соответствуют части полной работы по созданию определенных моделей или по направлению работы, в частности, исследовательской. Отметим особо, что фактически при любых полномерных работах (не фрагментарных) ставят цель создать определенную модель. Хорошо, когда при этом открывают естественные закономерности и законы, например, «о персональных пространствах, тогда как пространство едино и является просто вместилищем всего сущего.

При этом есть границы систем, подсистем, в которых время, как направление перемещения энергии, искривлено. Время tn,как отмечено в работе [1],следует измерять по площади, и когда tотображаем прямой, неизбежна необходимость в искривлении пространства, параметров процессов в системах, тогда как границы систем и подсистем переменны, исчезают и возникают новые (другие) системы до разных по величине и сложности пределов.

Всвязи с тем, что понятие «подход» в разных вариантах не отражает полноту, путь и конечную цель научных исследований, при проблематичности создания приемлемой методологии, предлагаем применять «подход», с некоторыми ранее принятыми рекомендациями, для ориентировки при научной и технической работах. Для более точного направления при научных и других работах нами предложено применять понятие и трактовку «исследования и моделирование в иерархии систем» с более совершенными основами методологии, с отображением информации в форме натурных, графических (в плоском или объемном виде) и математических моделей.

73

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Некоторые принципы «системного подхода» останутся в методологии новой трактовки системных работ, но понятие «множественность моделей» будет уточнено для выбранных к исследованию систем. При этом исследователи сократят число параметров их обозначений при объединении в общую науку частных ее вариантов, так как в последних одни и те же процессы трактуют по-разному и применяют различные формулы и обозначения сходных параметров. В природе же существует усилие, объем энергии (вещества) и их направление перемещения в пространстве. Такое понимание природы было предложено в журнале «Знание – сила» более 25 лет назад.

Очевидно, что при возвращении к общей науке о природе максимальные трудности возникнут при переоценке научных положений, выбранных с целью реализации «правил игры» для построения различных объектов на Земле и объяснения процессов в живой и косной материи. Накопленная человечеством информация свидетельствует о необходимости такой переоценки.

Возможно применение нескольких моделей Мо, связанных с перемещением энергии в пространстве и двигателях, но при решении целевых задач можно ограничить количество Мо с разными параметрами по осям полномерных координат, с минимумом субъективных ошибок.

Так при построении технологической характеристики винтовых забойных двигателей (ВЗД) для бурения скважин строят кривые без начальных и конечных точек, как будто процесс существует в изолированной системе (чего в природе не бывает). Строят также графики характеристик ВЗД (и турбобуров) в закрытых системах, что в течение многих лет приводило к множеству опытом по созданию конструкций ГЗДи отработке режимов их эксплуатации, к неправильному пониманию переходных режимов их работы. Кривые характеристик ВЗД то беспричинно продолжают в бесконечность, то – в «минусовую» область декартовых координат, причем при построении характеристик, только в одной плоскости координат.

Предложенное понятие о моделировании систем позволило:

-исправить отображение технологических характеристик ГЗДв течение одного цикла их работы при передаче энергии во времени, в том числе и подсистемам ГЗД, как агрегатов по передаче энергии;

-уточнить положение экстремальных точек характеристик таких двигателей и определить их КПД. При этом установлено, что при работе ВЗД возможны два максимума КПД, в зависимости от их конструкции и режима эксплуатации.

Список литературы

1. Кулябин Г. А., Долгушин В. В., Кулябин А. Г.Системный анализ и модель рабочей характеристики турбобура во времени. //Известия вузов. Нефть и газ.- Тюмень, 2012.- №3.- с. 35-39.

74

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

УДК 622.24

НОВЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДОЛОТ

В. В. Долгушин, И. С. Золотухин, Ф. А. Шамурадов

г. Тюмень, Тюменский государственный нефтегазовый университет

На основании исследований для долот со штыревыми зубьями нами предложена новая, отражающая реальные условия схема реакции забоя [1]. При этом сделаны допущения: величина Rз реакции забоя не зависит от скорости перемещения породоразрушающего элемента; в процессе скачка разрушения породы формируется лунка разрушения с образованием псевдосжиженного ядра из породы с возможностью ее раздавливания; суммарная реакция забоя на зуб шарошки, складывается из сил, действующих на элементарные площадки породоразрушающей вершины зуба (ПВЗ), приложенных в центрах масс этих площадок.

Для определения размера ПВЗ поверхность его головки разбивается на достаточно большое число площадок треугольной формы. Эта задача решается при использовании комплекса МКЭ ANSYS. На рис. 1,а представлена геометрическая модель наиболее часто используемого для шарошечных долот зубка М13х18 с сеткой конечных элементов. По координатам вершин треугольной площадки в системе координат головки зубка xh yh zh определяются ееразмер, координатыеецентрамасс, направлениевекторанормаликней.

Рис. 1. Геометрическая модель зубка с сеткой конечных элементов (а)

исхема разрушения объема породы элементарной площадкой (б)

Впринятой схеме реакция забоя R на каждой элементарной площадке ПВЗ приложена в центре масс этой площадки и представляется в виде геометрической суммы двух составляющих сил. Эти составляющие в свою очередь складываются из сил сопротивления породы разрушению и сил трения, возникающих в процессе разрушения породы и действующих

75