ANALYSIS OF THE STRESS STATE OF A RECIPROCATING PUMP ROD WITH A FUNCTIONAL COATING UNDER GEOMETRIC DEFECTS OF THE "CROSSHEAD–GUIDE" SYSTEM

Abstract

У сучасному машинобудуванні особлива увага приділяється підвищенню терміну служби та ефективності роботи критичних конструктивних елементів, що працюють у складних умовах навантаження. Зокрема, для гідромеханічних систем у нафтогазовій промисловості питання забезпечення надійності компонентів, що піддаються інтенсивному зношуванню та функціонують у вузлах з підвищеними трибологічними вимогами, є дуже актуальним. Це дослідження присвячено аналізу змін напруженого стану штока із захисним покриттям, що виникають через виробничі дефекти або знос пари "трайккопф–напрямна" у поршневому насосі. Запропоновано узагальнену інженерну модель штока, що враховує фактичні експлуатаційні відхилення, спричинені геометричними дефектами направляючої системи. Модель формалізовано як тричі статично невизначену систему стрижнів, в якій явно введено кінематичне навантаження від просідання трайккопфа. Аналітичне рішення побудовано за допомогою силового методу в матричній формі, що дозволяє враховувати різну жорсткість перерізів стрижня та послідовно відстежувати вплив геометричних дефектів на силовий та напружений стан системи протягом усього її робочого циклу. Встановлено, що навіть у межах регламентованих допусків на знос рівень додаткових напружень у критичних зонах може бути значним і тому повинен враховуватися в розрахунках на довговічність. Також запропоновано аналітичну модель для перерізу стрижня з функціональним покриттям, що розглядається як суттєво неоднорідний стрижень з двозв'язною геометрією поперечного перерізу та властивостями, що змінюються по товщині. Отримано розподіл еквівалентних напружень та оцінено міцність такого перерізу стрижня з урахуванням комбінації експлуатаційних та додаткових навантажень. Показано, що запропонована модель застосовна для узагальнення на випадок багатошарових покриттів.