CC BY
40
УДК 621.982:629.12.004.67
Н. В. Куличкин, Ю. В. Чеботарёв*
Астраханский государственный технический университет Астраханский тепловозоремонтный завод
ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПРАВКИ НА ОСНОВЕ ЯВЛЕНИЯ ПОЛЗУЧЕСТИ НА ИЗГИБНУЮ ВЫНОСЛИВОСТЬ КРУГЛЫХ ОБРАЗЦОВ
Коленчатые валы судовых дизелей и валы с прямолинейной осью (гребные валы, баллеры рулей), являющиеся весьма ответственными деталями судовой энергетической установки, в процессе эксплуатации приобретают остаточные деформации в виде прогибов, что делает невозможной их дальнейшую эксплуатацию. В настоящее время в судоремонте работоспособность валов с прямолинейной осью и коленчатых валов судовых дизелей, имеющих остаточные деформации в виде искривления оси, восстанавливают правкой различными способами [1].
Для исследований нами был выбран способ термомеханической правки валов на основе явления ползучести. Для описания явления ползучести в процессе правки была использована теория ползучести - теория упрочнения, основное уравнение которой записывается в виде [2]:
£п-£„ = С■ 0Ь ,
где £п - скорость ползучести; еп - деформация ползучести; а, Ь, С - функции только температуры, определяемые с помощью кривых ползучести.
На основе этой теории получена аналитическая зависимость между параметрами правки, такими как стрелка прогиба, температура нагрева, величина нагрузки, и коэффициентами жаропрочности материала валов при заданной температуре:
( ^ Ъ
(л \ М V 3пр ) С-і
(1+а )•
і
1+а
г = м-і2 + /2.
•/тах 8-Е-3 8
где /тах - начальный прогиб вала; М - момент, создаваемый при правке; Е -модуль упругости для материала вала при заданной температуре правки; З - момент инерции поперечного сечения вала; Зпр - «обобщенный» момент инерции поперечного сечения вала.
Для проверки данной теоретической зависимости и отработки режимов правки была проведена правка экспериментальных образцов. Конструкция и размеры образцов были выбраны с учетом последующих испытаний на изгибную выносливость [3].
На данном этапе исследований были изготовлены экспериментальные образцы из стали 35 ГОСТ 1050-88 со стрелками прогиба 3 и 5 мм, которые затем были подвергнуты правке указанным методом.
Основной эксплуатационной характеристикой, обеспечивающей надежность валов при эксплуатации, является изгибная усталостная прочность. В связи с этим были проведены сравнительные усталостные испытания серий контрольных (недеформированных) образцов (34 штуки) и образцов, выправленных данным способом правки, со стрелками прогиба 3 и 5 мм (по 24 штуки в каждой серии). Образцы испытывали по симметричному циклу изменения напряжений консольным изгибом на базе 1 1010 циклов на экспериментальной установке для усталостных испытаний (рис. 1). Испытания проводили для определения средних значений пределов выносливости методом «лестницы».
Рис. 1. Экспериментальная установка: 1 - фундаментная рама;
2 - маховик; 3 - ведомый шкив; 4 - подшипниковый узел; 5 - образец;
6 - патрон; 7 - опора; 8 - вал; 9 - электродвигатель; 10 - рычаг;
11 - демпфер; 12 - концевой выключатель; 13 - подвеска с грузами
По результатам экспериментальных исследований были построены кривые усталости (рис. 2) и диаграммы испытаний методом «лестницы» (рис. 3) для недеформированных образцов и выправленных образцов со стрелками прогиба 3 и 5 мм.
Рис. 2. Кривые усталости круглых образцов диаметром 20 мм:
1 □ - недеформированные образцы;
2 ® - образцы со стрелкой прогиба 5 мм;
3 Д - образцы со стрелкой прогиба 3 мм
Установлено, что после термомеханической правки на основе явления ползучести снижение средних значений пределов выносливости образцов при симметричном цикле нагружения незначительно и составляет около 1 %. Ограниченные пределы выносливости, определенные на базе 5 • 104 циклов, составляют у образцов со стрелкой прогиба 5, 3 мм и неде-формированных 302, 310 и 315 МПа соответственно. Ограниченные пределы выносливости, определенные на базе 1 105 циклов, составляют у образцов
со стрелкой прогиба 5, 3 мм и недеформированных 281, 295 и 300 МПа соответственно. Из результатов видно, что ограниченные пределы выносливо-
сти также практически одинаковы.
Рис. 3. Диаграммы испытаний круглых образцов диаметром 20 мм методом «лестницы»:
# разрушенный образец;
О неразрушенный образец
Неизменность усталостных характеристик позволяет сделать вывод о том, что выбранные параметры правки образцов будут использованы для разработки технологии термомеханической правки натурных валов.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Куличкин Н. В., Мамонтов В. А. Способы правки деформированных судовых валов // Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин (2002, октябрь): Материалы науч. конф. / Астрахан. гос. техн. ун-т. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2002. - С. 306-309.
2. Куличкин Н. В., Чеботарёв Ю. В., Куличкина М. В. Применение теории упрочнения для восстановления работоспособности валов // Разведка и освоение нефтяных и газоконденсатных месторождений: Науч. тр. АстраханьНИПИгаз. -Вып. 5. - Астрахань: ИПЦ «Факел» ООО «Астраханьгазпром», 2004. - С. 107-109.
3. Куличкин Н. В., Чеботарёв Ю. В., Уксусов С. С. Экспериментальные образцы для определения влияния термомеханической правки методом релаксации напряжений судовых валов на изгибную выносливость // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. - 2005. - № 2(25). - С. 63-65.
Получено 29.12.05
THE INFLUENCE ESTIMATION OF RESULTS OF THERMOMECHANICAL STROPPING ON THE CREEPAGE BASIS ON BENDING ENDURANCE OF ROUND SAMPLES
N. V. Kulichkin, Yu. V. Chebotarev
The research results of the influence of thermomechanical stropping on the creepage basis of experimental samples on characteristics of bending endurance at a symmetric cycle of stress changes by a console bend are submitted in the work. The analysis of the received experimental data has shown a practical invariability of fatigue characteristics of the round samples exposed to stropping.
