CC BY
12
Кононова Маргарита Иванона, аспирант, rita. kononova. 94@,mail. ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет
ALGORITHM FOR THE METHOD OF DETERMINING THE EFFICIENCY OF OPERATION OF MAIN OIL PIPELINES WITH THE RATIONAL USE OF THE EXISTING PUMPING EQUIPMENT OF THE PUMPING STA TIONS
M.I. Kononova
Important when changing the pumping volume is to determine the efficiency of the pumping equipment. In this paper, we consider a method for determining the operational efficiency of main oil pipelines that are used at oil pumping stations.
Key words: oil products, energy efficiency, pump, loading of the pipeline, efficiency.
Kononova Margarita Ivanona, postgraduate, rita. kononova. 94@,mail. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University
УДК 62-1/-9
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСТРУКЦИИ ПЕЧАТНОГО ЦИЛИНДРА
Л.Б. Серкова, Л.Г. Варепо
Качество печатной продукции во многом зависит от соблюдения технологии печати. Так, например, важной характеристикой является создание необходимого давления печати. В свою очередь вал, воспринимающий данную нагрузку, не должен допускать деформации превышающие установленные нормы, при этом конструкция вала должна быть оптимальной. Компьютерное моделирование в данном случае помогает изучить влияние нагрузок на деформационные характеристики конструкции и выбрать наиболее оптимальный вариант.
Ключевые слова: моделирование, печатный цилиндр, деформация, рубашка печатного цилиндра.
Применение методов компьютерного моделирования и процессов автоматизации в настоящее время широко распространено для изучения различных процессов, такие методы также успешно применяются в полиграфии. Так, например, автоматизируют процессы обработки информации об изображении, этот процесс обычно является утомительным и трудоёмким [1, 2]. Применение компьютерных технологий позволяет во многом сократить временные затраты на проведение исследования, а также в какой-то степени уменьшить погрешность и частично исключить субъективность при проведении исследования.
Компьютерное моделирование занимает устойчивое положение среди современных методов исследования. Использование таких систем применяется в различных отраслях промышленности. В общем виде, данный процесс можно представить в следующем виде (рис. 1).
498
Рис. 1. Процесс компьютерного моделирования
В случае если анализ полученных данных не дал необходимого результата, необходимо вернуться к постановке цели и выполнить все этапы повторно.
Изучение характеристик модели при ее нагружении возможно с использованием метода конечных элементов (МКЭ) - это метод приближенного численного анализа [3]. К основным достоинствам данного метода можно отнести следующее:
с помощью МКЭ можно изучать различные по форме и материалу модели, имеющие различные свойства;
данный метод позволяет решать стационарные и нестационарные
задачи;
возможно задавать любые свойства и граничные условия;
на одной и той же модели возможно провести различные исследования.
Метод конечных элементов можно представить следующим образом [4]: созданная модель разбивается на небольшие области, которые называются конечными элементами, форма и габаритные размеры их могут быть выбраны с помощью программы, однако разбивается модель наиболее оптимальным образом; в каждом элементе рассматриваются перемещения и нагрузки; взаимосвязь всех элементов осуществляется с помощью узловых точек; описание происходящих процессов в модели сводится к системе алгебраических уравнений, которые в свою очередь приводят к решению поставленной задачи.
Форма конечных элементов [5] может быть в виде тетраэдра, параллелепипеда, призмы. В разрабатываемой модели использовалась форма тетраэдра с 4-мя узлами, что является наиболее простым элементом (рис. 2).
Узловые перемещения в данном случае можно представить в следующем виде:
{<?}< = {{Ч}Г,{?}Р){?}®{Ч}Г)}
где {,}[« = {{?}"{?}«{,}«}.
Рис. 2. Конечный элемент в форме тетраэдра
Разработка экспериментальной компьютерной модели позволяет во многом сократить временные затраты на проведение исследования и рассмотреть наиболее сложные процессы.
Целью работы является исследование деформационных характеристик конструкции печатного цилиндра.
Для изучения были созданы трёхмерные модели трех видов, габаритными размерами которых являются:
общая длина (включая цапфы) 950 мм; длина цилиндра 750 мм; диаметр цилиндра 220 мм; диаметр цапф 40 мм;
толщина рубашки печатного цилиндра 0,3 мм. Модель представляет собой конструкцию из двух сопряженных деталей (рис. 3). Материалы рубашек выбраны следующие: модель 1. Сталь; модель 2. Латунь; модель 3. Алюминий.
а б
Рис. 3. Детали конструкции: а - конструкция печатного цилиндра;
б - конструкция рубашки
500
Материал цилиндра - сталь 30 [6], нелегированная конструкционная специальная сталь, качественная углеродистая сталь, используемая при изготовлении деталей невысокой прочности, таких как тяги, рычаги, звездочки, валы и прочее. Характеристики материалов рубашек представлены в табл. 1.
Таблица 1
Сталь ^ 30. Характеристики_
Показатель Значение
Модель 1 Модель 2 Модель 3
Предел текучести [МПа] 460 520 235
Модуль упругости нормальный [МПа] 210000 105000 75000
Коэффициент Пуассона 0.3 0.37 0.3
Плотность [кг/м3] 7850 8800 2470
Температурный коэффициент линейного расширения [1/С] 0.000012 0.000019 0.000022
Теплопроводность [Вт/(м*С)] 49 142.35 80
Предел прочности при сжатии [МПа] 600 410 410
Предел выносливости при растяжении [МПа] 294 209 209
Предел выносливости при кручении [МПа] 150 139 139
Нагрузки, прикладываемые к цилиндру должны соответствовать давлению печати. Ранее выполненными исследованиями были рассмотрены эти значения [7, 8]. Принимаем значение нагрузки равное 4 кН, для печати с помощью офсетных машин, при этом допустимые деформации не должны превышать 0,01 ... 0,02 мм, согласно [9]. Расчёт выполнен с помощью системы прочностного анализа APM FEM для КОМПАС-3Б.
В табл. 2 представлены характеристики нагружения печатного цилиндра по линии.
Информация о нагрузках
Таблица 2
Наименование Выбранные объекты Параметры нагрузки
Распределённая сила: 2 Рёбра: 1 Вектор силы: X = 1368.08; Y = -3758.76; Z = 0 Величина: 3999.989953 H
Расчет выполняется с помощью метода конечных элементов, характеристики разбиения для моделей выбраны одинаковые и представлены в табл. 3.
На рис. 4 представлены конечно-элементная сетка моделей и направление нагрузки.
Массы моделей соответственно равны 38,77, 38,88, 38,13 кг.
Рассмотрим суммарные линейные перемещения под действием нагрузки (рис. 5-7).
Таблица 3
Параметры и результаты разбиения_
Наименов ание Значение
Модель 1 Модель 2 Модель 3
Максимальная длина стороны элемента [мм] 5 5 5
Максимальный коэффициент сгущения на поверхности 1 1 1
Коэффициент разрежения в объеме 1.5 1.5 1.5
Количество конечных элементов 409812 409812 409812
Количество узлов 127934 127934 127934
Рис. 4. Конечно-элементные сетки моделей
РЛЧАПМ
Рис. 5. Суммарные линейные перемещения. Модель 1 Оапм
Рис. 6. Суммарные линейные перемещения. Модель 2
502
гу- АПМ
Рис. 7. Суммарные линейные перемещения. Модель 3
Исходя из проделанной работы, можно сделать следующие выводы:
согласно полученным результатам максимальные деформации равны для первой модели 0,0162 мм, для второй - 0,0132, а для третьей -0,0145. Таким образом, минимальные нагрузки испытывает модель с рубашкой из латуни, хотя в общем значения максимальных нагрузок схожи для всех трех моделей;
при этом масса образца с латунью является самой высокой и больше минимально полученного значения на 750 грамм (масса конструкции с алюминием).
В качестве дальнейшей работы предполагается изучить влияние количества ребер жесткости и их толщины на деформацию конструкции, а также влияние точки приложения силы.
Список литературы
1. Lundstrom J., Verikas A. Assessing print quality by machine in offset colour printing // Knowledge-Based Systems. Vol. 37, 2013, P. 70-79.
2. Verikas A., Lundstrom J., Bacauskiene M., Gelzinis A. Advances in computational intelligence-based print quality assessment and control in offset colour printing // Expert Systems with Applications. Vol. 38, 2011. P. 1344113447.
3. Фокин В.Г. Метод конечных элементов в механике деформируемого твёрдого тела: учебное пособие. Самара: Самарский государственный технический университет, 2010. 131 с.
4. Маковкин Г. А., Лихачева С.Ю. Применение МКЭ к решению задач механики деформируемого твердого тела: учебное пособие. Н.Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2012. Часть 1. 71 с.
5. Клованич С.Ф. Метод конечных элементов в нелинейных задачах инженерной механики. Библиотека журнала «Св^ геотехшки». ООО «ИПО «Запорожье», 2009. 9-й выпуск. 400 с.
6. ГОСТ 1050-2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия (с Поправкой). М.: Стандартинформ, 2014. 36 с.
7. Матар Таан Фархан Обоснование требований к точности изготовления составных частей печатного аппарата офсетных машин: дис. ... кандидата технических наук: 05.02.02. М.: МГУП, 1997. 182 с.
8. Семенов А. А. Моделирование деформаций печатного цилиндра машины формата А1 // Вестник Московского государственного университета печати. 2012. С. 94-96.
9. Суслов М.В. Оценка влияния элементов конструкции на деформации цилиндров печатной пары: дис. ... кандидата технических наук: 05.02.13. М.: МГУП, 2010. 98 с.
Серкова Любовь Борисовна, ассистент, lyubov_borisovna_omgtu@mail.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Варепо Лариса Григорьевна, д-р техн. наук, профессор, larisavarepo@yandex.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет
REVISITING OF THE PRINTING CYLINDER DEFORMATION PARAMETERS
L.B. Serkova, L.G. Varepo
The printed products quality depends on set of parameters including pressure value correctness in a nip zone. Provided that loaded printing cylinder should resist extremal deformation, cylinder parameters demand high accuracy construction providing. Simulation modelling can test loading effect on deformation parameters resulting in optimal construction selection.
Key words: modeling, printing cylinder, deformation, printing cylinder shirt.
Serkova Lyubov Borisovna, assistant, lyubov_borisovna_omgtu@mail.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Varepo Larisa Grigoryevna, doctor of technical sciences, professor, larisava-repo@yandex. ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University
