CC BY
13
НЕОГРАНИЧЕННАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ЦИЛИНДРОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН НА ОСНОВЕ ИХ МОДЕРНИЗАЦИИ
Волков А.Ю.1, Зуев Е.А.2
'Волков Алексей Юрьевич — магистрант;
2Зуев Евгений Александрович — аспирант, кафедра робототехники, мехатраники, динамики и прочности машин, Национальный исследовательский университет «МЭИ», г. Москва
Аннотация: в статье показана необходимость и на ряде примеров обоснована возможность обеспечения неограниченной долговечности базовых деталей действующих металлургических машин на основе разработки и внедрения оптимальных конструктивно-технологических решений, при сохранении первоначальной компоновки машины.
Ключевые слова: металлургические машины, базовые детали, неограниченная долговечность, предел выносливости, коэффициент запаса усталостной прочности, модернизация, ремонт.
Для ряда областей техники необходимы штампованные плоские изделия со сравнительно небольшой высотой оребрения. Для получения таких изделий целесообразно использовать специализированные короткоходовые (ход 200-300 мм) прессы в одноцилиндровом исполнении. При одинаковых силах масса и стоимость специализированных прессов оказываются в несколько раз меньше массы и стоимости универсальных прессов. С другой стороны, восприятие значительных сил сравнительно небольшими объемами материала определяет необходимость тщательной проработки конструкции деталей для получения минимальных величин напряжений.
Цилиндр специализированного пресса силой 300 МН разрушился после наработки 65 000 циклов нагружений (рис. 1, а). Очаг зарождения трещины и зона ее первоначального роста имеют четко выраженный усталостный характер (рис. 1, б).
Рис. 1. Разрушенный цилиндр специализированного пресса силой 300 МН: а—разрушенный цилиндр с отделившейся частью стенки; б — зона зарождения и развития усталостной трещины в галтели днища имеет четко выраженный усталостный характер
Исследование напряженного состояния цилиндра проведено методом фотоупругости на модели пресса из оптически чувствительного материала. В зоне возникновения трещины максимальные растягивающие напряжения достигали величины ашах = 420 МПа (рис. 2,а). При давлении рабочей жидкости арад = - 100 МПа максимальные эквивалентные напряжения на внутреннем контуре аэкв = аконт - арад = 520 МПа, что дает запас усталостной прочности п < 1 и делает закономерным возникновение усталостной трещины. Растягивающие напряжения такой же величины были замерены и на контуре внешней галтели.
32
Рис. 2. Максимальные напряжения (МПа) на контурах галтелей цилиндра специализированного пресса
силой 300 МН:
а — первоначальная конструкция;б — конструкция цилиндра после модернизации
Уменьшение напряжений на контуре внутренней галтели цилиндра (рис. 2,б) получено существенным увеличением радиуса галтели. Напряжения во внешней галтели уменьшены выполнением ее контура по форме оптимальной кривой с поднутрением стенки [1]. Эксперимент, проведенный на пространственной модели методом фотоупругости, показал, что новая форма галтелей снижает напряжения на внутреннем контуре до величины аконт = 210 МПа и на внешнем контуре до величины 160 МПа. При радиальном давлении рабочей жидкости арад = - 100 МПа максимальные эквивалентные напряжения на внутреннем контуре аэкв = акон1 - арад = 310 МПа, что дает запас усталостной прочности п = 1,23 и снимает ограничение долговечности цилиндра по критерию максимальных напряжений в галтельных переходах.
В линиях производства железнодорожных колес работают высокоцикличные гидравлические одноцилиндровые прессы силой 20 МН, 50 МН, 100 МН и 35 МН (по ходу потока) [2]. Практика эксплуатации показала, что их главные цилиндры выходят из строя после трех-пяти лет эксплуатации. Эти сроки и определили ресурс, после исчерпания которого необходимо заменять цилиндры для предупреждения внеплановых простоев, вызванных их внезапным разрушением.
В [3] на примере цилиндра пресса силой 50 МН (масса цилиндра 52 т) показано типовое разрушение цилиндров, вызванное возникновением и развитием усталостных трещин в зоне галтели днища цилиндра. Результаты исследований показали, что возникновение трещин вызвано наличием металлургических дефектов в заготовке [4], которые существенно снижали усталостную прочность материала в зоне галтели днища. Дефекты проявлялись практически на всех цилиндрах и были связаны с принятой технологией изготовления.
Определение напряжений в галтели днища было проведено методом конечных элементов с использованием программного комплекса ЛМБУБ. По результатам расчета максимальные растягивающие напряжения в галтели днища в 1,4 раза превышали номинальные растягивающие напряжения в средней части стенки цилиндра (рис. 3, а), что также способствовало возникновению усталостных трещин.
Значительное увеличение долговечности цилиндров осуществлено как за счет изменения технологии изготовления заготовки днища, так и за счет изменения формы переходной галтели днища. Применение технологии двойной проковки [5] устранило металлургические дефекты в зоне возникновения максимальных напряжений, а новая форма галтели днища (рис. 3, б) снизила максимальные растягивающие напряжения до уровня номинальных в зоне Ляме.
Цилиндры, днища которых изготовлены с использованием представленных выше новых конструктивно-технологических решений, работают в гидравлических прессах линии производства железнодорожных колес с 2005 г. Производительность линии составляет 820 000 колес в год, что является мировым рекордом по числу нагружений мощных гидравлических прессов номинальной силой. За восемь лет эксплуатации (~6,5 млн циклов нагружения полной силой) отказов цилиндров не зафиксирован.
Рис. 3. Напряженное состояние (МПа) внутреннего контура цилиндра силой 50 МН одноцилиндрового пресса в линии производства железнодорожных колес: а — первоначальная геометрия внутренней поверхности;б — внутренняя поверхность днища после
модернизации
Список литературы
1. Волков А.Ю. Формула для горизонтального смещения опоры фермы под действием равномерной нагрузки по верхнему поясу // Научный альманах, 2017. № 2-3 (28). С. 250-253.
2. Кирсанов М.Н. Аналитическое выражение для прогиба балочной фермы со сложной решеткой // Моделирование и механика конструкций, 2016. № 4. С. 4.
3. Юлдашев В.А. ,Юлдашева Л.В. Формирование основных САПР компетенций в сфере техники и технологий в учебном процессе технического университета // Вопросы науки и образования, 2017. № 5 (6). С. 38-40.
4. Берлизева А.Е Анализ строительной отрасли в Иркутской области // Вопросы науки и образования, 2017 № 2 (7). С. 73-75.
5. Маслова О.А. Развитие навыков быстрого решения через применение равносильных переходов // Проблемы современной науки и образования, 2015. № 6 (36). С. 25-29.
6. Волков А.Ю. Устройство для диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин // Academy, 2017. № 12 (27). С. 20-22.
7. Волков А.Ю. Определение тематики запроса, используя модели данных // Проблемы современной науки и образования, 2018. № 1 (121). С. 5-11.
8. Волков А.Ю. Определение коэффициентов запаса по усталостной прочности основания пресса 80МН // Academy, 2018. № 2 (29). С. 29-31.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ И ИХ
СРАВНЕНИЕ Ногин А.А.
Ногин Андрей Андреевич — магистрант, Институт комплексной безопасности и специального приборостроения Московский технологический университет, г. Москва
Аннотация: в настоящий момент беспроводные сети стали неотъемлемой частью нашей жизни. Они призваны обеспечивать взаимодействие пользователей с различными базами данных посредством обмена цифрового сигнала через радиоволны. В данной статье автор проводит анализ и сравнение технологий беспроводных сетей для выбора сети разработки датчиков обеспечения для мониторинга пространства приграничных территорий. Ключевые слова: беспроводные технологии, протоколы, Bluetooth, WiMedia, ANT, Wi-Fi, ZigBee.
УДК 004.72
Беспроводные сети нашли множество применений в настоящее время. Благодаря множеством преимуществ: автономность, оперативности и экономичности развертывания,
