CC BY
26
4
Машиностроение^
тельно, чем по оси КГ/1Х в одинаковых относительных диапазонах).
Оценивая выражения (1), (2), а также (3) с разными значениями коэффициентов для определения эквивалентного КИН на примере опыта №12 (табл. 4 и рис. 3), можно говорить о примерно одинаковом характере выражений по мере роста трещины. Значения Кесг получаемые по используемой в исследовании зависимости (3), меньше значений Кесг полученных по другим зависимостям, в среднем на 3—4 МПал/м.
На рис. 4 представлены траектории трещин при одинаковых толщинах листов и размерах швов, но при разных начальных непроварах
(а/11 = 0,4; 0,7; 1,0). При действии поперечной силы на первых шагах трещина значительно разворачивается от исходного непровара (на угол 70—80°), но при дальнейшем росте угол плавно уменьшается.
Таким образом, полученную зависимость (9) и рассчитанные значения коэффициентов (табл. 5) рекомендуется использовать для оценки долговечности соединений при действии поперечной силы в рассмотренном диапазоне варьирования параметров. По результатам исследования можно сделать вывод, что относительный размер исходного непровара более существенно влияет на КИН, чем относительный размер катета шва.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мураками, Ю. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений: В 2-х томах [Текст]/ Под ред. Ю.Мураками,—М.: Мир, 1990,— 1016 с.
2. Шлепетинский, А.Ю. Коэффициенты интенсивности напряжений в крестовом сварном соединении с непроваром [Текст] / А.Ю. Шлепетинский, К.П. Манжула // Научно-технические ведомости СПбГПУ,—2010. № 4(110).— С. 137-146.
3. Пестриков, В.М. Механика разрушения твердых тел: курс лекций [Текст] / В.М. Пестриков, Е.М. Морозов,— СПб.: Профессия, 2002,— 320 с.
4. Martinsson, J. Automatic 3D crack propagation in complex welded structures [Текст]/ J. Martinsson / / The 15th European Conference of Fracture.— 2004
5. Qiun, J. Fatigue crack growth under mixed-mode 1 and 11 loading [Текст] / J. Qiun, A. Fatemi // Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures.—
1996. Vol. 19, № 10,- C. 1277-1284.
6. Radaj, D. Local fatigue strength parameters for welded joints based on strain energy density with inclusion of small-size notches [Текст] / D. Radaj, F. Berto, P. Lazzarin // Engineering Fracture Mechanics.— 2009. Vol. 76,- C. 1109-1130.
7. Механика разрушения и прочность металлов [Текст|: Справочное пособие / Под общ. ред. Па-насюка В.В.— Киев: Наук, думка, 1988—1990. Т. 4.: Усталость и циклическая трещиностойкость конструкционных материалов/ Романив О.Н., Ярема С.Я., Никифорчин F.H. и др.— 1990,— 680 с.
8. Плескунин, В.И. Теоретические основы организации и анализа выборочных данных в эксперименте [Текст] / В.И. Плескунин, Е.Д. Воронина,— Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1979,- 232 с.
УДК 631.3.004.4
М.Б. Латышенок A.B. Шемякин, С.П. Соловьёва, Н.М. Морозова
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ ПРИ ЕЕ ХРАНЕНИИ
Анализ условий хранения сельскохозяйственной техники показал, что в нерабочий период она должна быть защищена от атмосферных осадков в виде дождя, снега, конденсата, стимулирующих интенсивное развитие коррозийных процессов, и воздействия солнечных лу-
чей, под действием которых проходит старение полимерных материалов.
Защита от атмосферных осадков и прямых солнечных лучей возможна за счет применения специальных чехлов, а исключение конденсации влаги на поверхности машины — за счет прида-
ния чехлам специальных свойств, которые уравняли бы скорость охлаждения поверхности машины и окружающего воздуха, т. е. чехлы выполняли бы роль теплового экрана.
Сельскохозяйственная машина, находящаяся на открытой площадке, поглощает из окружающей среды или отдает ей некоторое количество тепла.
При использовании в качестве укрытия для машины теплового экрана он будет также поглощать или отдавать некоторое количество теплоты.
Количество тепла 0, поглощенное поверхностью машины или теплового экрана, складывается из тепла поступившего от солнечной радиации, тепла полученного при лучисто-конвективном теплообмене от окружающей среды, с которой соприкасается поверхность, а также тепла <2К, поступившего вследствие конденсации влаги на поверхность машины, и может быть определено выражением [ 1 ]
<2 = & + & + <2*. (1)
Для исключения конденсации влаги на поверхности машины скорость изменения температуры машины должна быть близка к скорости изменения температуры воздуха, т. е. сохранять установившееся тепловое состояние.
Теплообмен машины с окружающей средой должен быть ограничен до величины, не допускающей возникновение предельных перепадов температур.
Количество теплоты, поглощаемое поверхностью машины или теплового экрана и расходуемое на изменение температуры, является переменной величиной, и поэтому для отрезка времени ¿//условие теплового баланса определяется выражением
+ + = (2)
где (?£, количества теплоты, Вт, посту-
пившей за единицу времени к машине или тепловому экрану соответственно от действия солнечной радиации, при теплообмене с окружающей средой, при конденсации влаги на ее поверхность; У — коэффициент теплопроводимости машины или теплового экрана, Вт/кг-град; С — масса машины или теплового экрана, кг; ёАТ — изменение температуры машины или теплового экрана за время ¿У/, град.
Количество тепла, полученного поверхностью машины или поверхностью теплового экрана от действия солнечной радиации за единицу времени, может быть определено по формуле
где Ае — способность поверхности машины или теплового экрана поглощать тепло под действием солнечной радиации; Бр — облучающая способность солнца, Вт/м'1; ГЕ — площадь поверхности машины или теплового экрана, облучаемой солнцем, м2.
Количество тепла, полученное машиной или тепловым экраном при лучисто-конвективном теплообмене с окружающей средой за единицу времени, определяется уравнением
^=рес0Л7Т, (4)
где р — коэффициент, характеризующий изменение лучисто-конвективного теплообмена машины или теплового экрана с окружающей средой за счет действия ветра; е — степень черноты поверхности машины или теплового экрана; с0 — коэффициент поглощения (излучения) тепла абсолютно черным теплом, Вт/м2-град; АТ — разница температуры машины или теплового экрана и окружающего воздуха, К; Г— общая площадь машины, участвующей в лучисто-конвективном обмене, м2.
Количество тепла, полученного машиной или тепловым экраном во время конденсации на ее поверхности влаги за единицу времени, можно определить по формуле
дк=акЛТГк, (5)
где ак — средний коэффициент теплоотдачи конденсата за единицу времени, Вт/м2-град; Гк — площадь поверхности машины или теплового экрана, на которой сконденсировались влага, м2.
Подсчитав в уравнении теплового баланса (2) значение выражений (3)—(5), получаем
АеБеРеШ + Рес0Л ТТЛ + + ак9ТРк(Ь-у вЛАТ = 0. (6)
Тепловой экран ограничивает теплообмен между машиной и окружающей средой. Благодаря тому, что тепловому экрану можно придать нужные защитные свойства (отражающая способность, теплопроводность, ограничение конвективного теплообмена), есть возможность ограничить скорость теплообмена и тем самым
4
Машиностроение
избежать предельных температур, при которых возможна конденсация влаги на поверхности сельскохозяйственной техники.
В качестве теплового экрана можно использовать современные теплоизолирующие материалы, имеющие трехслойную структуру (алюминиевая фольга, вспененный полиэтилен, алюминиевая фольга).
Рассмотрим теплопроводимость через многослойную стенку теплового экрана, полагая, что все слои стенки плотно прилегают друг к другу.
Расчетную формулу теплопроводимости сложной стенки при стационарном состоянии можно вывести из уравнения теплопроводимости для отдельных слоев, считая, что тепловой поток, проходящий через любую изотермическую поверхность неоднородной стенки, один и тот же.
Для решения этой задачи рассмотрим технологическую стенку, в которой толщина отдельных слоев равна 5[, 52, 53, а их теплопроводимости — соответственно у, Х2, Х3 (см. рис.).
Формулы тепловых потоков для каждого из трех слоев:
о.
(7)
где
град; —температура между слоями, град; У
о
(8)
где У2 — теплопроводимость вспененного полиэтилена, Вт/мкм; 52 — толщина слоя вспененного полиэтилена, м; Гэ — площадь экрана, м2; Гс'л , — температура между слоями, град;
У
(9)
Уо У
Расчетная схема к обоснованию теплопередачи тепловым экраном: температуры наружных поверхностей Гс'г и Гс" температуры между слоями и Т"л [2]
Т
У Уч У
(10)
ЗУ
У, — теплопроводимость алюминиевой фольги, Вт/мкм; 5| —толщина слоя фольги, м; Гэ — площадь экрана, м2; Гс'т — температура наружной поверхности алюминиевой фольги,
где д — тепловой поток, проходящии через экран, Вт.
Таким образом, тепловой поток, проходящий через тепловой экран, будет снижаться пропорционально количеству слоев, их толщине и обратно пропорционально их теплопроводности.
Соотношение тепловых потоков, прошедших через тепловой экран и поступивших к нему, будет характеризоваться коэффициентом ослабления п:
п =-
{ае5Е + Р^бАТТ7 + акА ТГК)
(Н)
После соответствующих математических преобразований была получена математическая модель, описывающая тепловой режим машины (или теплового экрана), находящейся на открытой площадке.
где У3 — теплопроводность алюминиевой фольги, Вт/мкм; 53 —толщина алюминиевой фольги, м; Гэ — площадь экрана, и"1; Т^ — температура между слоями, град; Гс" — температура наружной поверхности алюминиевой фольги, град.
Окончательно получаем:
|>Э {Тст ~Тст )]
АГ = АГ0ехр
Ф
р,
а+ рес0
хехр
ак-Цг + рес0 1Г
( ? ф1 ак-Цт + рес0 |*-1
я,
(12)
з/
где АТ0 — начальная разница температуры поверхности машины и окружающего воздуха, К;
9 — коэффициент, характеризующий способность конкретной марки сельскохозяйственной машины к теплоотдаче, который определяется по
формуле ф = .
У('
Формула (12) показывает, как изменится температура поверхности машины, находящейся под тепловым экраном, по сравнению с температурой воздуха под действием внешних климатических факторов через время / от момента, когда разница температуры машины и воздуха была Л
Ослабление теплового потока тепловым экраном должно быть таким, чтобы в процессе его охлаждения на внутренних стенках экрана не образовался конденсат влаги.
Применение более эффективных тепловых экранов позволит исключить воздействие на сельскохозяйственную машину во время хранения солнечной радиации и атмосферных осадков, ограничить конвективный теплообмен и существенно увеличить время нагрева и остывания сельскохозяйственной машины, что уменьшит вероятность конденсации влаги на ее поверхностях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кох, П.И. Климат и надежность машин 2. Нащокин, В.В. Техническая термодинами-
|Текст| / П.И. Кох. — М.: Машиностроение, 1981. ка и теплопередача [Текст] / В.В. Нащокин. — АЗ-
Ьоок, 2009.
УДК621.7:658.1 2
А.Н. Волков, Ю.В. Гичев, В.А. Дьяченко, А.П. Пешкова
ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ИССЛЕДОВАНИЯ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ НАМОТКИ АМОРФНОЙ ЛЕНТЫ
Ресурс силовых трансформаторов с сердечниками из традиционных электротехнических материалов составляет 30—40 лет. Применение аморфной ленты для их изготовления увеличивает срокдо 80—85 лет и обеспечивает существенную экономию электроэнергии. Так, потери в сердечнике из аморфной стали трансформатора мощностью 100 кВА в 4—5 раз меньше по сравнению с сердечником из электротехнической стали. Например, компания Hitachi — Metglas [1], один из лидеров по производству аморфной ленты, выпускает такой продукции до 52 000 тонн в год, а в Российской Федерации годовой объем производства этого стратегического материала составляет всего 600 тонн. Поэтому развитие такого производства — весьма актуальная задача. Представленные ниже результаты исследований получены в процессе выполнения поисковой на-
учно-исследовательской работы, осуществляемой в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Выпускаемые ВНИИМЕТМАШ им. академика А.И. Целикова [2] комплексы и их зарубежные аналоги позволяют производить ленту из аморфных материалов толщиной 18—32 мкм и шириной до 150 мм с технологической производительностью до 40 м/с. Отсутствие в них модулей для улавливания и намотки ленты ведет к большим потерям из-за брака и трудозатратам, что существенно ограничивает рост объемов производства.
В большинстве современных машин аморфная лента изготавливается методом спиннинго-вания расплава на полированную поверхность охлаждаемого водой валка (диска-холодильник),
