CC BY
29
Из рис. 3 видно, что коническая рабочая поверхность матрицы обеспечивает меньшую бочкообразность головки, по сравнению с плоской поверхностью при равенстве диаметров головки в плоскостях прилегания к инструменту.
Адекватность результатов моделирования проверяли путем сопоставления результатов компьютерного и натурного моделирования. Численный эксперимент проводился в «ОЕРСЖМ-ЗЭ» при соблюдении подобных условий.
Для проведения натурного эксперимента были изготовлены цилиндрические образцы из калиброванного круглого проката из стали марки 10 по ГОСТ 10702-78 диаметром 9,75 мм. Отрезку образцов проводили с помощью отрезного станка 015СоЮт-6 «Бтюге» (Дания), обеспечивающего параллельность торцов.
Осадка образцов осуществлялась на гидравлическом испытательном прессе с ручным управлением ИП 2000 с наибольшей номинальной нагрузкой 2000 кН. На рис. 4 показаны осаженные с различной степенью деформации образцы.
ОО Фее*
Рис. 4. Осаженные с различной степенью деформации образцы
Сравнивая результаты натурного и численного экспериментов, было установлено, что погрешность вычислений не превышает 9 %.
Таким образом, применение конической формы рабочего инструмента при предварительной высадке головки болта позволяет уменьшить бочкообразность заготовки, тем самым сократить отходы металла при обрезке на ~ 2 %.
Список литературы
1. Петриков В.Г. Прогрессивные крепежные изделия. М.: Машиностроение, 1991. 256 с.
2. Мокринский В.И. Производство болтов холодной объемной штамповкой. М.: Металлургия, 1978. 72 с.
3. Навроцкий Г.А. Технология холодной объемной штамповки на автоматах. М.: Машиностроение, 1972.
96 с.
4. Овчинников А. Г. Основы теории штамповки выдавливанием на прессах. М.: Машиностроение, 1983.
200 с.
5. Железков О.С. Поиск рационального формоизменения в многопереходных процессах пластической деформации на основе комплексного критериального подхода // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2015. № 4. С. 8-12.
6. Основы теории обработки металлов давлением / С. И. Губкин [и др.]; под ред. М. В. Сторожева. М.: Машгиз, 1959. 540 с.
7. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации: справочник. М.: Машиностроение, 1980. 157 с.
УДК 621.771
К ВОПРОСУ КОНСТРУИРОВАНИЯ КАНАТОВ С УЧЕТОМ ИХ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Шубин И.Г., Шубина Н.И.
ФГБОУВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.П. Носова», г. Магнитогорск, Россия
Стальной канат как гибкий элемент, способный нести высокую растягивающую нагрузку, широко применяется в современной подъемно-транспортной технике. Сейчас трудно себе представить работу многих важ-
нейших отраслей хозяйства без широкого использования стальных канатов. Прежде всего, это относится к горнодобывающей промышленности, где канат является единственным элементом, на который возложена вся работа по доставке полезных ископаемых из земных глубин. Работа каната и связанных с ним механизмов во многом зависят от правильности его конструктивного использования сообразно с условиями эксплуатации и точности расчета на прочностные характеристики.
Удовлетворение потребности промышленности в стальных канатах должно идти не только по пути дальнейшего увеличения объема производства, но и в значительной степени за счет повышения их долговечности путем увеличения выпуска канатов прогрессивных типов и конструкций (с линейным касанием, фасоннопряд-ных, закрытых), разработки новых и модернизации действующих технологических процессов.
Повышение эксплуатационных свойств каната возможно не только за счёт более качественного производства исходных материалов (проволок), улучшения свойств материала, но и корректного их проектирования с последующим контролируемым процессом свивки [1].
В настоящее время метизные предприятия, производящие канаты стремятся охватить не только Российский рынок, но и международный. Для этого выпускаемая продукция переходит на международные стандарты качества, например, DIN. Поэтому целесообразно разработать модель расчета конструкций канатов применительно к различным стандартам (ГОСТ, DIN и др.).
Эффективность использования стальных канатов определяется рядом факторов, наиболее существенными из которых являются: комплекс механических свойств, технология изготовления, максимальное соответствие типа и конструкционных параметров каната условиям его эксплуатации [2, 3].
Рассматривая каждый из приведенных факторов в отдельности, необходимо отметить ведущую роль вопроса конструирования и расчета параметров канатов. Условия работы каната требуют определенного набора механических и эксплуатационных свойств, которые зависят не только от механических свойств исходной проволоки, но и от самой конструкции каната.
Работа по проведению расчетов геометрических параметров каната весьма трудоемка и требует значительных затрат времени. Получаемые расчетные значения величин эксплуатационных характеристик не всегда соответствуют нормируемым значениям. Также довольно часто нет точного соответствия между существующими типами конструкций канатов и целевым условиям его эксплуатации. Все это вызывает необходимость автоматизировать процесс конструирования и расчета параметров каната.
В основу разработки модели расчетов параметров каната заложены известные зависимости [4-7] расчета геометрических параметров свивки. При конструировании также использовали геометрические соотношения между элементами каната и их возможные изменения, связанные с напряженно-деформированным состоянием проволок в процессе волочения и свивки.
Предлагаемый метод включает, как конструирование геометрии формы каната, так и расчет его механических и эксплуатационных характеристик с последующим процессом итерации до достижения заданного уровня свойств. К таким характеристикам относятся: конструктивная плотность - Кп; критическая длина каната - /,к|;1; полное разрывное и агрегатное усилие - Рпол, I',„v:. удлинение каната - А /,: изгибная жесткость - G; выносливость - Z.
Модель расчета конструкции каната и его механических и эксплуатационных характеристик на примере блок-схемы представлена на рис. 1. На примере конструирования каната типа JIK-0, конструкция 6 х 37 (1+6+12+18), выполняемого по DIN 3066. Используя программу для расчета, можно построить графики изменения механических свойств от диаметра каната ( DK) (рис. 2, 3). Диаметр каната ( DK) изменяется от 5 до 30 мм.
Соответствие заданной точности рассчитанных и нормируемых значений является тем критерием, который определяет момент окончания проведения расчетов.
Применение этой модели позволяет рассмотреть влияние конструкции каната на его эксплуатационные свойства. Для этого с помощью программы просчитываются основные механические и эксплуатационные параметры канатов при фиксированных значениях выбранных геометрических параметрах канатов разных конструкций:
1) 6 х 37(1+6+12+18)тип JIK-0;
2) 6 х 36 (1+7+7/7+14) тип ЛК-РО;
3) 6 х 19 (1+6+6/6) тип ЛК-Р;
4) 6 х 25 (1+6; 6+12) тип ЛК-3;
5) 6 х 19 (1+9+9) тип ЛК-О;
Как видно из графика (рис. 4), суммарное разрывное усилие канатов различных конструкций до диаметра 10 мм имеет незначительную вариацию, при дальнейшем увеличении диаметра для канатов различных конструкций разница в значении разрывного усилия становится всё больше. Так, при диаметре 30 мм различие самого большого и самого малого значений суммарно разрывного усилия достигает 8 раз. Проводя сравнение между канатами, состоящими из одинакового количества проволок и равного диаметра, но различной конструкции, можно отметить, что разрывное усилие каната конструкции 6x19 (1+6+6/6) в 2,3 раза меньше, чем у каната конструкции 6 х 19 (1+9+9), хотя занимает среднее значением между приведенными сравниваемыми конструкциями.
НАЧАЛО^)
Ввод данных
А, А',, ст.
Расчет геометрических параметров
1 вш. —
вт!
(Щ '
V л )
; ■я,„„ =
Р, =0.25л-3.33-
- Г- л
I V 2 )
Л,.., =
/4К,
\ к
Расчет эксплуатационных характеристик
з21 + з?и + ... + 3:1,,
к.
{¡пп\Зп )'
Кт = — ,г1 г <5
а = А/ =
- 4 £
к
0 = ^ V /П;У Л = — (<54/ +<54/)
ппоя, , 0' / . О ^ ц ц '
Р
Ь =
}Ц ' *
(7
У
Вывод результатов расчетов Построение графиков
Рис. 1. Блок-схема расчета конструкции каната и его механических и эксплуатационных характеристик
Зависимость для веса каната (я)
У
у
г
У
*
Рис. 2. И зменение веса каната (</) от его диаметра (Ок)
Зависимость для изгибной жесткости каната (G)
Рис. 3. Изменение изгибной жесткости (G) от его диаметра (7)к)
<11 п 900000
£ « 800000
J 700000
п В а ф 600000
s с 500000
0) 0 s и 400000
г а > 300000
(5 5 200000
: 100000
и 0
7Ï-
Л—
А—
-6x37(1+6+12+18) 6x36(1+7+7/7+14) 6x19(1+6+6/6) 6х25(1+6;6+12) -6x19(1+9+9)
5 7 10 12 15 17 20 22 25 27 30 Диаметр каната
Рис. 4. График зависимостей суммарного разрывного усилия каната от его диаметра (Dk) для различных конструкций каната
Величина разрывного усилия канатов конструкции 6 х 37 х х (1+6+12+18) и 6x25(1+6:6+12), а также как и конструкций 6x19 х (1+9+9) и 6 х 37 (1+7+7/7+14) практически одинакова.
Применение данной модели конструирования и программы расчета позволяет проводить выбор типа конструкции каната или его диаметр, при заданных значениях эксплуатационных характеристик и учете состояния оборудования и технологии производства, а также проводить сравнительный анализ влияния геометрических параметров свивки на изменение его эксплуатационных характеристик.
Список литературы
1. Малиновский В.А. Стальные канаты. Часть 1. Некоторые вопросы технологии, расчета и проектирования. Одесса: Астропринт, 2001. 188 с.
2. Шубин И.Г., Степанова E.H., Румянцев М.И. К вопросу практического использования методики оценки результативности системы менеджмента качества метизного производства в технологическом цикле изготовления стальных канатов //Производство проката. 2012. № 3. С. 21-24.
3. Шубин И.Г., Румянцев М.И., Степанова E.H. Оценка результативности и стабильности производства грузолюдских и грузоподъемных канатов // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 6. С. 4648.
4. Королев В.Д. Канатное производство. М: Металлургия, 1980. 256 с.
5. Житков Д.Г., Поспехов И.Т. Стальные канаты для подъемно-транспортных машин. М: Металлургиз-дат, 1953. 392 с.
6. Боголюбов В.И., Голубев И.М., Амитин И.И. Проволочные канаты. М.: Металлургиздат, 1950. 358 с.
7. Бородина E.H., Шубин И.Г., Румянцев М.И. Прогнозирование показателей качества канатной проволоки и стальных канатов с использованием математических моделей на основе множественного регрессионного анализа // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2014. № 2 (41). С. 63-66.
8. Харитонов В.А., Лаптева Т.А. Повышение эффективности производства стальных подвижных канатов применением калибрующего обжатия прядей // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2014. № 2 (41). С. 13-19.
9. Харитонов В.А., Иванцов А.Б. Повышение эффективности действующих рихтующих устройств при производстве стальных канатов // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2014. № 2 (41). С. 24-27.
УДК 621.771
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УСКОРЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ КАТАНКИ НА ПРОВОЛОЧНОМ СТАНЕ
Платов С.И., Некит В.А., Огарков H.H., Железков О.С.
ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Россия
Введение
Исследования проводились в условиях стана 150 ОАО «БМК». Снижение температуры прокатки в чистовом блоке достигается за счет водяного охлаждения раската перед чистовым блоком клетей стана [5,6, 814]. Последеформационное двухстадийное охлаждение готовой катанки осуществляется в водяных и воздушных секциях [1-3, 5, 7, 8, 10]. Определение температуры катанки до и после чистового блока, а также на витко-укладчике проводилось оптическим пирометром. Эксперименты проводились для марки стали 08Г2С
При входе металла в секцию его поверхность быстро охлаждается, затем тепловой фронт постепенно перемещается к центру. Это сопровождается значительным перепадом температур по сечению заготовки.
Изменение среднемассовой температуры в секции водяного охлаждения идет с переменной скоростью. Скорость теплосъема максимальна в начале водяной секции, а затем быстро спадает. Примерно половина теп-лосъема приходится на самое начало водяной секции. При испарении воды, находящейся в контакте с нагретым металлом, образуется паровой слой, препятствующий дальнейшему их соприкосновению; на этом участке проката теплоотвод с поверхности происходит со скоростью, на несколько порядков меньшей, чем при непосредственном соприкосновении его с водой. При ударе струи воды под большим давлением паровой слой пробивается; вода соприкасается с металлом, и температура поверхности очень быстро снижается примерно до температуры кипения воды. На этом участке поверхности обеспечиваются граничные условия, которые характеризуются очень быстрым теплоотводом.
Поэтому увеличение длины секций не оказывает значительного влияния на количество отводимого ими тепла. Использование укороченных секций в многосекционных линиях охлаждения позволяет достичь большей удельной тепловой эффективности водяного охлаждения.
Методика расчета
Наиболее эффективным способом расчета динамики тепловых полей при сложных граничных условиях, характерных для реального технологического процесса, в настоящее время является численное решение тепловой задачи. Производительность современных компьютеров обеспечивает достаточно высокую точность и скорость расчетов.
Математическую модель охлаждения можно построить на основе известного соотношения Остроградского для энтальпии [4, 8, 10]
а)
5 V
где Qs - тепловой поток через элемент поверхности S; q - мощность объемного энерговыделения; И - удельная
энтальпия; V - элемент объема.
Интегрирование в правой части уравнения ведется по элементу объема, а в левой - по окружающей его поверхности.
Применяя это уравнение к расчету температурных полей в круглой стали, используем следующие допущения:
- теплообменом по длине катанки пренебрегаем, -тепловые потоки и поля считаем аксиально-симметричными.
