Improving the quality of piston-type hydraulic machines

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: The paper discusses the issues of improving the quality of piston-type hydraulic machines. The base case is the mud pump. The service purpose of the mud pump is to supply mud.

The main problem that occurs when operating hydraulic machines of this type is increased wear of the working surfaces of the cylinder sleeves. This is mainly due to the presence of fractions in the drilling mud, which have increased abrasive properties. To increase the durability of the assembly, high-chromium alloyed cast irons of the IChKh-22 type are used as a material for making the sleeve. However, these parts are expensive. It should also be noted that high-quality cast iron has worse foundry properties compared to other types of cast iron (for example, gray cast iron).

AIM: Evaluation of the possibility of improving the quality of piston-type hydraulic machines by improving the design of the cylinder assembly.

METHODS: To improve the quality of piston-type hydraulic machines, it is proposed to use gray cast iron, which is hardened by heating in contact with a mixture of oxides of alloying elements. Considering the fact that quality is a complex property, it is reasonable to evaluate it based on a comparison of both technical and economic aspects. The complex assessment was carried out using a differential method based on technical and economic indicators: tightness of the connection of the “sleeve-rod” pair, wear rate of the surface layer of the cylinder sleeve, strength, rigidity and cost. The tightness and wear were determined by calculation using experimental data on the properties of the hardened layer, and the strength and stiffness of the bushings were determined using the finite element method.

RESULTS: The results obtained show that the proposed variant is not inferior to the basic one in terms of wear resistance and tightness, and is significantly more efficient in terms of cost. Analysis of the options was carried out without taking into account technological aspects such as processing performance and the percentage of defects. As a perspective for further research, these criteria should also be looked at.

CONCLUSION: In the course of the research, it was found that the working part of the sleeve, which is made of alloy cast iron, can be replaced with modified gray cast iron. As a result of the assessment of the quality level, it was found that the resulting quality indicator for the proposed option is higher than for the basic one. Although the specific quality indicators characterizing the functional purpose for modified cast iron are somewhat lower, the economic effect of using such bushings is significantly higher than its counterpart. Thus, the resulting indicator characterizing the quality of bushings in general for modified gray cast iron significantly exceeds its analogues.

About the authors

Viktor E. Ovsyannikov

Industrial University of Tyumen

Author for correspondence.
Email: vik9800@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7193-7197
SPIN-code: 4711-3250

Dr. Sci. (Engineering), assistant professor, Professor of the Engineering Technology Department

Russian Federation, Tyumen

Roman Y. Nekrasov

Industrial University of Tyumen

Email: syncler@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7594-6114
SPIN-code: 9521-6503

Cand. Sci. (Engineering), assistant professor, Head of the Engineering Technology Department

Russian Federation, Tyumen

Arseniy S. Gubenko

Industrial University of Tyumen

Email: gubenkoas@tyuiu.ru
ORCID iD: 0009-0007-3108-3127
SPIN-code: 9189-5161

Postgraduate of the Mechanical Engineering Technology Department

Russian Federation, Tyumen

References

  1. Kharisov MI, Zabirov F Sh. Justification of Directions for Improving Piston Mud Pump Valve Pairs in Order to Increase Their MTBF and Tightness. Electronic Scientific Journal Oil and Gas Business. 2019;(2):112–127. doi: 10.17122/ogbus-2019-2-112-127 (In Russ.) EDN: ZDSLFZ
  2. Kharisov MI, Zabirov FSh. Improving the design of the valve pair of the drilling pump. In: Materials of the 69th scientific and technical conference of students, graduate students and young scientists of USTU, Ufa, April 20–28, 2018. Ufa: Ufa State Petroleum Technical University; 2018;1:249. (In Russ.) EDN: XSDZXN
  3. Oganov AS, Tsukrenko RS, Reichert RS, et. al. Designing Energy-Saving Profiles of Long Horizontal Wells at Shallow Reservoir Depths. Neftegaz.RU Business Journal. 2015;(6(42)):24–30. (In Russ.) EDN: RLJZJB
  4. Nigmatov LG, Kalinin AE. Improving the efficiency of the well construction process by optimizing the process of full drill line tightening using the example of the well of the Vinno-Bannovsky field in the Samara region. Oilfield business. 2024;(2(662)):38–44. (In Russ.) EDN: PTEYPI
  5. Tagiyev Sh. Hard-to-recover oil reserves and the problems of their production: increased oil recovery of hard-to-recover oil reserves and the problem of their production. World Science. 2023;(6(75)):120–124. (In Russ.) EDN: HVLYBQ
  6. Asaul VV, Tsvetkov YuA. Assessment of the competitiveness of organizations in the digital economy. Issues of an innovative economy. 2020;10(1):533–548. doi: 10.18334/vinec.10.1.100025 (In Russ.) EDN: FSCLUJ
  7. Suslov AG, Dalsky AM. Scientific foundations of mechanical engineering technology. Moscow. Mashinostroenie; 2002. (In Russ.) EDN: WKKIRH
  8. Sharaya OA, Pastukhov AG, Kravchenko IN. Surface Engineering of Hardened Parts. Moscow: INFRA-M; 2020. doi: 10.12737/1031713 (In Russ.) EDN: ETWADX
  9. Bezyazychny VF. Method of similarity in mechanical engineering technology. Moscow: Mashinostroenie; 2012. (In Russ.) EDN: QNYFMT
  10. Lonzikh PA, Golovin EYu, Lonzikh II, et al. Methods and tools for risk management at a high-tech machine-building enterprise equipped with vibroactive equipment. Bulletin of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov. 2024;22(2):170–180. doi: 10.18503/1995-2732-2024-22-2-170-180 (In Russ.) EDN: VXYBQM
  11. Ovsyannikov VE, Korchagin PA. Ensuring the durability of working equipment of road construction machines in the development of soils with increased abrasive properties. Omsk: Siberian State Automobile and Road University; 2023. (In Russ.) EDN: BBIPQG
  12. Ovsyannikov VE, Shpitko GN, Nekrasov RYu. Increasing the strength of cast-iron cylinder liners of engines of construction and road machines. Izvestia MSTU MAMI. 2020;14(3(45)):36–40. doi: 10.31992/2074-0530-2020-45-3-36-40 (In Russ.) EDN: QLCZWC
  13. Letopolsky AB, Korchagin PA, Teterina IA, et al. Improving the design of the cutting part of the tunneling shield. News of higher educational institutions. Mining Journal. 2021;(4):74–82. doi: 10.21440/0536-1028-2021-4-74-82 (In Russ.) EDN: EXNLRN
  14. Letopolsky AB, Korchagin PA, Teterina IA. Working equipment of the excavator for selective repair of the pipeline. Bulletin of the Bryansk State Technical University. 2021;(11(108)):10–16. doi: 10.30987/1999-8775-2021-11-66-72 (In Russ.) EDN: RKGTHQ
  15. Korchagin PA, Korchagin EA. Development of scientific foundations for the design of vibration protection systems of earthmoving machines: Electronic resource. Omsk: Siberian State Automobile and Road University (SibADI). 2018. (In Russ.) EDN: XQSODJ

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Design of a sleeve with a working part made of cast iron.

Download (182KB)
3. Рис. 2. An example of calculations for determining the leakage rate (G, g/s3) as a function of the arithmetic mean deviation of the profile of the contact surfaces (Ra, microns).

Download (107KB)
4. Fig. 3. An example of the result of finite element analysis for the basic version (von Mises stress, N/m², maximum stress, which corresponds to the strength of the material); the red arrow indicates the yield strength (предел текучести).

Download (175KB)
5. Fig. 4. Diagram of the results of the options comparison, containing the calculation of the comparison coefficients by criteria (see Table 1, column 1), the beam number corresponds to the number of the comparison criterion.

Download (76KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

License URL: https://eco-vector.com/for_authors.php#07
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».