CC BY
23
його подавання i глибини змiцненого шару. AHani3 ще1 залежностi показуе, що режими змщнення необхiдно вибирати з врахуванням сили притискання в межах вщ 400 до 450 Н i швидкост подавання в межах вщ 1,25 до 1,75 м/хв. Мж-ротвердiсть поверхнi напрямника збшьшуеться в 1,3 раза.
Л1тература
1. Гурей 1.В. Пщвищення довгов1чносг1 напрямних гехнологiчного обладнання фрикцшним змщненням / 1.В. Гурей, И.А. Гурей // Вюник НУ "Льв1вська полгтехшка". - Сер.: Ошташзащя виробничих процеав i техшчний контроль у машинобудуванш. - Льв1в : Вид-во НУ "Льв1вська полгтехшка". - 2011. - № 702. - С. 19-24.
2. Рудь A.G. Пщвищення ефективносп робоги вщцентрових сгружкових верстапв змщненням 1х бил високошвидгасним тертям : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.05.04 / А.е.Рудь; НЛТУ Укра1ни. - Льв1в, 2009. - 21 с.
Войтович В.В., Шостак В.В. Упрочнение высокоскоросным трением направляющих ленточнопильного станка
Описаны результаты экспериментальных исследований. Получены уравнения регрессии, характеризующие зависимость микротвердости от усилия прижима и скорости подачи фрикционного диска. Показано влияние глубины поверхностного слоя на изменение микротвердости материала.
Ключевые слова: микротвердость, упрочнение, направляющая.
Vojtovich V.V., Shostak V. V. Surface hardening the high-speed friction of sending band-saw machine-tool
The results of experimental researches are described. Equalizations are got regressions, characterizing dependence of microhardness on effort of clamp and speed of serve of friction disk. Influence of depth of superficial layer is shown on a change microhardness of material.
Keywords: microhardness, surface hardening, sending.
УДК 539.37: 621.867 Ст. викл. РА. Ковальчук, канд. техн. наук;
асист. ХА. Висоцька - НУ "Львiвська полiтехнiка "
АНАЛ1З НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ЛАНЦЮГ1В КОНВЕЕР1В
Розглянуто результати аналiзу напружено-деформованого стану ланцюпв кон-веера з прямими та з^нутими пластинами. Для цього побудовано тривимiрнi парамет-ричш моделi ланок iз шаршрами ланцюпв, методом скшченних елеменпв визначено напруження i деформаци в деталях ланки, побудовано епюри е^валентних напружень та деформацш в напрямку ди тягового зусилля. Визначено коефщенти жорсткосп дос-лщжуваних ланцюпв, проведено аналiз поверхневих напружень та деформацш, що ви-никають в мюцях контакту елеменпв ланцюга.
Ключовг слова: тяговий ланцюг, статичш навантаження, жорстюсть, напруження, скiнченно-елементна модель.
Вступ. У багатьох галузях промисловосп та у сшьському господарств1 широко використовують ланцюгов1 конвеери. Робота конвеера характеризуемся значними динам1чними навантаженнями його елеменпв як тд час пуску, так 1 в процеш усталеного руху [8, 11]. Внаслщок несталосп 1 передавально-го вщношення ланцюгово! передач1 у привщнш систем! конвеера виникають значш циктчш зусилля, як нерщко призводять до передчасного виходу з ладу елеменпв ланцюга [2, 9, 10]. Дослщжено динам1чш процеси в тягових елемен-
тах конвеeрiв у багатьох працях вiдомих вчених [4-7, 11], проте проблеми ана-лiзу напружено-деформованого стану ланцюгiв та визначення 1х коефiцieнтiв жорсткостi висвггаеш не достатньо. Як показуе аналiз вiдомих дослiджень, нап-руження в елементах ланцюпв, зокрема в мюцях шарнiрних з'еднань ланок, i пов'язаш з ними деформацп мають ютотний вплив на мiцнiсть та на довгсгач-нiсть ланцюгiв.
Для всебiчного дослiдження динамiки ланцюгових конвеeрiв важливим е правильне визначення усереднених коефщенпв жорсткостi ланцюгiв. Тради-цiйно коефщент жорсткостi ланцюга одержують шляхом експериментального визначення абсолютно1 деформацп декiлькох ланок, що перебувають пiд дiею зусилля розтягу. На основi усередненого коефщента жорсткостi ланцюга виз-начають зведену жорсткiсть тягового органу конвеера [3, 11]. Здебшьшого цю задачу розв'язують експериментальним шляхом [11]. Однак, з розвитком шфор-мацiйних технологiй, аналiз напружено-деформованого стану ланцюга стало можливим виконувати за допомогою методу сюнченних елементiв [1].
У цiй робот розглянуто результати комп'ютерних розрахункiв напру-жень i деформацiй елементiв пластинчастого i роликового ланцюпв, виявлено мюця концентрацп напружень та обгрунтовано значення усереднених коефь цiентiв жорсткостi ланцюпв.
Основний матер1ал. Дослiдження проводили на прикладi ланцюга горизонтального скребкового конвеера продуктившстю 150 т/год i довжиною 30 м. Як тяговий елемент у конвеера такого типу переважно використовують пластинчастий ланцюг. Пластинчасп тягсга ланцюги подшяють на три типи за способом виконання - втулков^ роликов^ котковi з гладкими котками i тдшип-никами кочення та котковi з ребордами на котках i пiдшипниками кочення. Кожний тип ланцюга виготовляють у трьох виконаннях, якi мають певнi конструктивш особливостi: нерозбiрний ланцюг зi суцшьними валиками (н-декс М), розбiрний ланцюг зi суцiльними валиками (шдекс М), нерозбiрний ланцюг з пустотшими валиками (iндекс МС). Залежно вщ кроку, ланцюги подь ляють на типорозмiри.
Згiдно з проектним розрахунком, тягове зусилля ланцюга цього конвеера становить 12,3 кН. З урахуванням коефщента запасу мщносп ланцюга, який для конвеерiв такого типу приймають в межах и=8...10, визначаемо зусилля руйнування, за яким добираемо пластинчастий ланцюг типорозмiру М-112 з кроком 100 мм зпдно з ГОСТ-588-64 (рис. 1).
Аналiз напружено-деформованого стану та визначення жорсткосп ланцюга ще! конструкцп проводимо за допомогою методу сюнченних елеменпв. З щею метою будуемо твердотiлу параметричну модель ланцюга М-112 у програ-мi Femap-Nastran. Спочатку створюемо моделi елеменпв ланки з шарнiрним з'еднанням: пластинку, втулку, ролик, палець. Потiм iз цих елементiв створюемо збiрну модель ланцюга та задаемо характеристики матерiалу, статичнi та кiнематичнi граничш умови. Для пластинок добираемо матерiал сталь 50, а для елеменпв шарнiрного з'еднання - сталь 15. Сталь елеменпв ланцюга повинна забезпечувати необхiдну твердiсть робочих поверхонь.
Рис. 1. Параметрична модель ланок b шартрами пластинчастого ланцюга М-112
van Mses [M'mnrt (IJFjJl
'"1 i Id si i620.4 ЧЯ1 Minn (rVrirn-?(Hpdi))
—* уй111.--1 езл
Рис. 2. Епюри напружень у ланщ та шаршрах пластинчастого тягового ланцюга М-112 тд час ди тягового зусилля 25 кН
Модель розбиваемо на сюнченш елементи таким чином, щоб число 1х шарiв по товщиш пластини було не меншим двох. Розрахунок проводимо лише для одше! ланки ланцюга та двох шарнiрiв, оскiльки довша конструкцiя ланцюга потребуе значно бшьших апаратних можливостей комп'ютера.
Для одержання достовiрних результата приймаемо коефiцieнт тертя мiж елементами ланки ланцю-га з урахуванням змащування, що дорiвнюе 0,15. Внаслiдок розрахун-ку одержуемо епюри розподiлу ек-вiвалентних напружень в елементах ланки, визначеш за IV теорiею мщ-ностi (Губера-Шзеса), та епюри аб-солютних деформацш елементiв в напрямку дп тягового зусилля лан-цюга. Навантаження змшювали вiд нуля до 50 кН з iнтервалом 10 кН. Для прикладу, на рис. 2 наведено епюри е^валентних напружень в елементах ланки з двома шаршрами
за дп зусилля розтягу 25 кК пластинами ПРИ-103,2
Для проведення порiвняльного аналiзу особливостей напружено-дефор-мованого стану пластинчастого i роликового ланцюгiв за аналопчною схемою проводимо скiнченно-елементне моделювання роликового ланцюга з зiгнутими пластинами типорозмiру ПРИ-103,2 (рис. 3). Кшематичш i статичнi граничнi умови приймаемо таю саш, як i тд час моделювання ланцюга М-112. Характеристики матерiалiв дещо змiнюемо, зокрема для втулки, валика i ролика добираемо сталь 12ХН3А. Епюри е^валентних напружень за теорiею мщносп Гу-бера-Мiзеса в елементах ланки з двома шаршрами за дп зусилля розтягу 25 кН наведено на рис. 4. Епюри абсолютних деформацш ланок пластинчастого ланцюга М-112 i роликового ланцюга зi зшнутими пластинами ПРИ-103,2 за дп зусилля розтягу 25 кН наведеш на рис. 5. Через податливють зiгнутих пластин роликового ланцюга його деформащя при тш самiй силi е значно бшьшою, нiж деформацiя пластинчастого ланцюга типу М-112. На основi одержаних результата будуемо графiки залежностi видовження ланок ланцюпв вiд тягового зусилля (рис. 6).
Внаслщок навантаження пластинчастого ланцюга зусиллям, що приб-лизно в 2-2,5 рази перевищуе його розрахункове тягове зусилля, у пластинах та в шаршрах виникають напруження, що перевищують границю текучост мате-рiалу. Це пояснюють тим, що в мюцях контакту елемента ланцюга виникають локальнi поверхневi напруження, спричинеш силами тертя ковзання, з якими взаемодшть вiдповiднi елементи конструкцп. Як показуе аналiз результатiв розрахунюв, еквiвалентнi напруження у деталях ланцюпв значною мiрою зале-жать вщ коефiцiентiв тертя ковзання мiж поверхнями взаемодп, а також вiд по-верхнево1 твердостi матерiалiв. Зi зменшенням коефiцiентiв тертя контактнi напруження зменшуються. Як видно з епюр е^валентних напружень деталей ланцюга, найбiльшого впливу зазнають поверхш контакту пластин iз втулкою (рис. 2, б; 4, б).
Рис. 3. Параметрична модель ланок з шаршрами роликового ланцюга з зкнутими
Рис. 4. Епюри напружень у ланщ та шаршрах роликового ланцюга зi зинутими пластинами ПРИ-103,2 тд час ди тягового зусилля 25 кН
Рис. 5. Епюри деформацш ланок пластинчастого ланцюга М-112 i роликового зi зинутими пластинами ПРИ-103,2
Коефщенти жорсткост ланок ланцюгiв визначаемо як тангенси ку^в нахилу апроксимованих залежностей поздовжшх зусиль вiд абсолютних деформащй. Зведена жорсткiсть тягового органу конвеера залежить вiд кута нахилу конвеера, а також вщ провисання ланцюга. Оскiльки розглядуваний конвеер е горизонтальним, а його робочi елементи - скребки - рухаються вздовж жолоба, то впливом цих чинниюв можна знехтувати (табл.).
Табл. Результати досл'кджения деформащй ланокланцюгiв конвеeрiв
Сила натягу, кН Абсолютна деформащя одте! ланки ланцюга
М-112 ПРИ-103,2
10 0,0071 0,052
20 0,0143 0,103
30 0,0214 0,154
40 0,0286 0,206
50 0,0356 0,257
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 I, мм
Рис. 6. Залежшсть абсолютно'1 деформаци ланки ланцюга конвеера вiд зусилля розтягу: 1) пластинчастого ланцюга М-112;
2) ланцюга з1 з1гнутими пластинами ПРИ-103,2
Коефщенти жорсткост ланцюпв обчислюемо за формулою
_
с _ М '
Пщставляючи вiдповiднi значення сил натягу та деформащй, одержуемо таю значення коефщенлв жорсткост ланцюгiв: пластинчастого ланцюга типо-розмiру М-112 с=1,4-106 Н/м; роликового ланцюга з з^нутими пластинами ти-порозмiру ПРИ-103,2 с=0,19-106 Н/м.
Висновки. Локальш контактнi напруження, що виникають на поверхнях пластин i втулок, пiд час короткочасних перевантажень конвеера можуть дося-гати границ текучостi матерiалу. Однак, цi напруження i пов,язанi з ними мж-ропластичнi деформаци не становлять небезпеки виходу з ладу тягових ланцюпв. Варто очжувати iстотне зменшення локальних напружень у процесi припра-цювання деталей ланцюгiв. В елементах роликового ланцюга зi зiгнутими пластинами контактш напруження набувають дещо менших значень, порiвняно з напруженнями в елементах ланцюга з прямими пластинами (приблизно на 30-35 %), що пояснюемо пружним деформуванням з^нутих пластин.
Аналiз дослщжень напружено-деформованого стану ланцюпв типу М-112 i ПРИ-103,2, проведений методом скiнченних елементiв, показуе, що залеж-нiсть деформаци ланки ланцюга вщ тягового зусилля мае лшшний характер. Тому можна вважати, що коефщенти жорсткостi ланцюпв е сталими. Усеред-
нений коефщент жорсткостi пластинчастого ланцюга приблизно у 7 раз1в е бшьшим, шж роликового ланцюга 3i зiгнутими пластинами.
Л1тература
1. Алямовский А. А. Solid Works. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов, А.И. Харитонович, Н.Б. Пономарьов. - СПб. : Изд-во "БХВ - Петербург", 2005. - 800 с.
2. Готовцев А.А. Проектирование цепных передач: справочник / А.А. Готовцев, И.П. Котенок. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1982. - 326 с.
3. 1ванченко Ф.К. Пщшмально-транспортш машини / Ф.К. 1ванченко. - К. : Вид-во "Вища шк.", 1993. - 414 с.
4. Кондрахин В.П. Математическая модель для исследования нагрузок в двухскоростном многодвигательном приводе и тяговом органе скребкового забойного конвейера / В.П. Кондрахин, А.А. Мельник // Науков1 пращ ДонНТУ : зб. наук. праць. - Сер.: Прничо-електромехашчна. - 2008. - Вип. 16 (142). - Донецьк. - С. 132-140.
5. Лущв I. Вплив ор1ентаци згортних втулок на мщшсть пресових з'еднань втулка -пластина приводних роликових i втулкових ланцюпв / I. Лущв, П. Кривий, П. Крившський // Вюник ТДТУ : зб. наук. праць. - 2009. - Т. 14, № 2. - С. 50-56.
6. Маланин Д.О. Исследование волновых процессов в тяговом органе цепного конвейера / Д.О. Маланин, В.Н. Смирнов // ХХ1Х Неделя науки СПбГТУ : матер. межвуз. научн. конф. -2001. - Ч. III. - С. 32-33.
7. Кондрахин В.П. Обоснование конечно-элементной модели тягового органа скребкового конвейера / В.П. Кондрахин, В.Ф. Борисенко, А.А. Мельник и др. // Науковi пращ Донецького нащонального техщчного ущверситету. - Сер.: Прничо-електромехашчна. - Донецьк : Вид-во ДонНТУ. - 2005. - Вип. 99. - С. 97-103.
8. Осичев А.В. Оценка влияния приводной звездочки на динамические усилия в рабочем органе скребкового конвейера СР-71 / А.В. Осичев, А.А. Ткаченко // Вюник КДПУ iм. М. Остроградського. - Кременчуг. - 2009. - Вип. 4 (57), ч.1. - С. 10-12.
9. Бондарев В.С. Пщйомно-транспортщ машини: Розрахунки пщймальних i транспортувальних машин / В.С. Бондарев, О.1. Дубинець, М.П. Колюникта ш. - К. : Вид-во "Вища шк.", 2009. - 734 с.
10. Скребковые конвейеры : справочник / под ред. А.В. Леусенко. - М. : Изд-во "Недра", 1992. - 221 с.
11. Чугреев Л.И. Динамика конвейеров с цепным тяговым органом / Л.И. Чугреев. - М. : Изд-во "Недра", 1976. - 160 с.
Ковальчук РА., Висоцкая ХА. Анализ напряженно-деформированного состояния цепей конвейеров
Рассмотрены результаты анализа напряженно-деформированного состояния цепей конвейера с прямыми и с изогнутыми пластинами. Для этого построены трехмерные параметрические модели звеньев с шарнирами цепей, методом конечных элементов определены напряжения и деформации в деталях звена, построены эпюры эквивалентных напряжений и деформаций в направлении действия тягового усилия. Определены коэффициенты жесткости исследуемых цепей, проведен анализ поверхностных напряжений и деформаций, возникающих в местах контакта элементов цепи.
Ключевые слова: тяговая цепь, статические нагрузки, жесткость, напряжение, конечно-элементная модель.
Kovalchuk R.A., Vysocka H.A. Analysis of the stress-strain state chain conveyors
We consider the analysis of the stress-strain state of the conveyor chain with straight and curved plates. For this purpose built three-dimensional parametric model parts of circuits, finite element method defined by tension and strain in the detail level, built diagrams of equivalent stresses and deformations in the direction of traction. Definitely stiffness investigated chains, the analysis of surface stresses and strains that occur in the contact elements of the chain.
Keywords: pull the chain, static load, stiffness, stress, finite-element model.
