ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ОБОРУДОВАНИЕ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

триды, хлориды и другие соли, она теряет свои защитные свойства, становится пористой и рыхлой, на ней появляются трещины. Последнее обусловлено тем обстоятельством, что формирующиеся из продуктов коррозии пленки имеют большую объемную плотность, что вызывает в поверхностных слоях остаточные напряжения, трещины и отслаивание [6]. Продукты коррозии выделяются на поверхности в виде |убча1ий, пористой массы, увеличивая корродирующую поверхность. Впоследствии продукты коррозии либо частично переходят в раствор, либо выпадают в осадок в жидкой агрессивной среде.

Большую роль в растворении цинкового покрытия играю- открытые поровые <аналы (проникающая пористость). Покрытие в этом случае выполняет функции протекторной защиты. Возникновение гальванической пары цинковое покрытие - стальная основа в электролите (агрессивной среде) ускоряет разрушение цинкя. Вместо с тем основной металл не растворяется. Цинк, будучи анодом в системе покрытие - кислая среда, и интенсивно корродируя и переходя в раствор, защищает основной металл. Все это сопровождается уменьшением массы и линейных размеров. Цинк, активно растворяясь, защищает поверхность изделия. В алюмоцинковом покрытии (20 % цинка), вероятно, в первую очередь весьма активно растворялись микрообъемы, занятые частицами цинка. Отрицательную роль сыграло возникновение гальванической пары, что ускорило коррозию. Продукты коррозии цинка не столь плотны, как продукты коррозии алюминия. Они не осаждаются в виде пленки на поверхности, не закупоривают открытых пор, блокируя доступ агрессивной среды - электролита - к основному металлу, как это характерно для алюминиевого покрытия. Результат гальванического взаимодействия такого покрытия - резкое увеличение пористости, расширение старых и формирование новых

поровых каналов, открытие свободного доступа среды к защищаемой поверхности стали.

Можно полагать, что повышенная шероховатость и пористость опасна только для цинкового и алюмоцинкового (20 % цинка) покрытий. Для остальных рассматриваемых покрытий это не столь важно, потому что образующиеся продукты коррозии заполняют впадины и «выглаживают» поверхность покрытия, уменьшая тем самым ее реактивную площадь.

Итак, алюминиевое и алюмоцинковые с 5 и 10 % цинка покрытия надёжно защищают основной металл во всех применяемых средах. Скорость коррозии этих покрытий в 6 - 10 раз меньше, чем контрольного образца. Цинковое и алгсмоцинковое с 20 % цинка покрытия растворяются достаточно интенсивно, но играют роль протекторной защиты основного металла.

Список литературы

1. АлхимовА.П., Косарев В. Ф., ПапыринА.Н. Методы «холодного» газодинамического напыления // Докл. АН СССР. - 1990. -Т. 315.-№ 5.-С. 1062- 1065.

2. Тушинский Л. И. , Алхимов А. П., Косарев В. Ф., Плохое А. В., Мочалина Н.С. Структура и свойства покрытий, нанесённых методом холодного газодинамического напыления (ХГН) //Теплофизика и аэромеханика. - 2006. - Тем 13. - № 1.

3. Кречмар Э. Напыление металлов, керамики, пластмасс. - М.: Машиниифсение, 1966. - 431 с.

4. Картер В.И. Металлические противокоррозионные покрытия. - Л.: Судостроение, 1980. - 168 с.

5. Тушинский Л.И., Плохое A.B., Токарев A.D., СиндеевВ.И. Методы исследований материалов: Структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий. -М.: Мир, 2004. - 384 с.

6. Tushinsky L, Kovenskyl., PlokhovA. Coated Metal. Structure and Properties of Metal-Coating Compositions . - Berlin, New York: Springer, 2002 - 460 p.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО

ОБОРУДОВАНИЯ

ПТИЦЫН C.B., доцент, ЧЁСОВ Ю.С., доцент, канд. техн. наук, СИЗЯКИНА Ю.П., студ.,

НГТУ, Новосибирск

Среди большого числа самых разнообразных машин и оборудования значительная часть из них имеет технологическое назначение. В ряду последних особое место занимает металлорежущее оборудование. Это объясняется не только его численностью, но и тем, что именно оно обеспечивает качество обработки деталей для других технологических машин и аппаратов.

Интегральным показателем качества любого технологического оборудования является, как известно, его эффективность, определяемая отношением объема выпускаемой продукции к величине так называемых приведенных затрат. Следует отметить, что качество в общем случае не является детерминированным, так как зависит не только от основных технических характеристик (ТХ) оборудования (мощности приводов, диапазонов изме-

нения скоростей рабочих органов, номинального крутящего момента на шпинделе и необходимого тягового усилия для перемещения суппорта), но и от условий его эксплуатации. При этом высокие значения ТХ станков в конкретных условиях производства, как правило, не находят рационального применения. Многочисленными статистическими исследованиями условий эксплуатации металлорежущих станков общего назначения установлено, что большинство станочного парка страны от 80 до 90 % времени работает на мощностях, которые составляют меньше половины номинального значения мощности приводов, а средние уровни крутящих моментов на исполнительном ергане станков лежат в пределах 0,07... 0,15 от номинальных значений. Аналогичные результаты зафиксированы и в зарубежных странах.

см

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Отсюда следует, что стремление станкостроителей повышать значения ТХ создаваемых станков часто необоснованны и носят конъюнктурный характер, поскольку не учитывают реальных условий функционирования оборудования.

В то же время обеспечить высокую эффективность металлорежущих станков, по нашему мнению, в принципе реально: как за счет рационального выбора структуры параметрического ряда, так и значений основных ТХ оборудования [1,2]. Однако это возможно только тогда, когда имеется предварительная информация о номенклатуре обрабатываемых на станках деталей и используемых при этом режимах резания. На базе этих данных методами статистического моделирования осуществляется прогноз так называемых функций распределения трудоемкости обработки, которые в дальнейшем и г.лужят основой для оптимизации технических характеристик.

Установлено, что между эксплуатационными характеристиками - х (мощность резания, частота вращения и крутящий момент на шпинделе) и трудоемкостью обработки - Т существует степенная зависимость

Т=С/ха,

(1)

где С и а - соответственно константа и показатель степени, зависящие от характера выполняемой технологической операции.

Поэтому в случае использования при обработке значений х больше номинала - хн происходит трансформация базового распределения. Дифференциальная функция такого частного распределения имеет вид [2]

«м-

XG

■J2.к

(|ПХ ШХ;)2 2*2

(2)

где Inx, и а- параметры распределения; к - коэффициент трансформации.

При х<хн значение к равно единице, прих>хи/с=(х/хн)а. Для получения дифференциальной функции результирующего распределения f{x) при универсальном характере работы станка используется метод суперпозиции [2]

(3)

ОБОРУДОВАНИЕ

снижение эффективности использования оборудования. Поэтом\> поиск оптимальных значений х необходимо осу-

ществлять в пределах хг < хн < х^.

f(x)

V Ilk

V 2

X,.

X,

Рис. 1. Распределения трудоемкости: 1 - базовое; 2 - трансформированные

Наибольшая эффективность оборудования достигается при таких значениях ТХ, которые позволяют максимально снизить приведенные затраты - 3. Однако проблема заключается в том, что при долгосрочном прогнозе практически невозможно определить их фактическую величину. Одним из выходов в этой ситуации может быть переход к минимизации относительных затрат.

В частности, известно, что все составляющие 3 можно условно разделить на две группы. В одну из них входят затраты, зависящие от трудоем<ости обработки (зарплата оператора, стоимость энергии и т.д.), а в другую - затраты, определяемые принятым уровнем номинальных значений ТХ (амортизация станка, затраты на ремонт и техническое обслуживание и т.д.). Тогда

СДЫ + Сх= 3, (4)

тихни' * '

где Сг и Сх - константы; Тн и хн - соответственно номинальные значения трудоемкости обработки и ТХ; Зн - номинальные суммарные приведенные затраты.

Если принять 5Т = ТнД6, 6х =хн/хб> а 63 = 3у36 (где Т0, хб и Зб - базовые значения параметров), то уравнение (4) преобразуется в зависимость вида

(CTV36)6T+(Cxf/3,)5x = 53

(5)

При максимальном базовом значении технических характеристик - СтТб + Схб = Зб. Отсюда с учетом (5) следует, что

где р- вероятность реализации условий обработки /'; со - количество разных условий обработки.

В результате анализа графика функции распределения трудоемкости (рис. 1) становится очевидным, что значения X > х^ принимать не следует, поскольку на практике они не будут востребованы и никакого эффекта, кроме роста приведенных затрат, не дадут. Нижней границей целесообразных значений ТХ является хг, значение ко~орой соответствует локальному максимуму первой производной базовой функции. Кроме того, при хм < х происходит резкий рост трудоемкости обработки и, как следствие, заметное

СТД + СххД=1

(6)

Указанные слагаемые можно использовать в качестве весовых коэффициентов значимости затрат. Тогда искомая расчетная зависимость, вполне пригодная для моделирования относительных затрат примет вид

fcT5T + kxbx =53 при/ст + /сх=1.

(7)

Теперь задача оптимизации основных ТХ станка сводится к минимизации относительных затрат 63 (рис. 2).

26 If №4(33) 2006

ОБОРУДОВАНИЕ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ЩвИш

53 1.6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0

£=0,7; ¿/=0.3; «з=Ф=1,0

V 63 \ /

1 2 4

k£x

16

Рис. 2. Распределение относительных затрат

Значение 5Т можно найти как отношение площадей под кривыми трансформированного и базового распределений

5Т =

Sh

(8)

поскольку S/=l, a SH= J f(x)d>

В результате моделирования нами установлено, что затраты, зависящие от ТХ, хорошо аппроксимируются степенной зависимостью вида

ôx

( ^ Хн

(9)

Значение коэффициентов кт и кх выбирают исходя из конкретных условий, в которых предполагается эксплуатировать оборудование. При этом в металлообработке обычно /ст » кх. В результате математического моделирования нами установлено, что при таком соотношении коэффициентов значимости наблюдается смещение оптимальных значений ТХ в область локального максимума второй производной базовой функции. Этим обстоятельством можно воспользоваться при выборе таких значений ТХ, которые бы обеспечивали максимальную эффективность оборудования.

Изложенный подход открывает широкие возможности в области повышения уровня качества и конкурентоспособности вновь создаваемого металлообрабатывающего оборудования за счет выпуска различных модификаций, а также позволит предприятиям реализовать потребность в наиболее рациональной комплектации станочного парка с получением максимального экономического эффекта от его эксплуатации.

Список литературы

1. Птицын C.B., Чёсов Ю.С. Параметрическая оптимизация качества станочного оборудования //СТИН. - 2002. - № 6. - С. 19-23.

2. Птицын C.B., Чёсов Ю.С. Методология прогнозирования технических характеристик станков // Известия вузов. Машиностроение. - 2000. - №1-2. - С. 90-96.

ОПТИМИЗАЦИЯ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМВВ РАБОТЫ

\м

МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ

О. В. НОС, доцент, канд. техн. наук, НГТУ, Новосибирск

Введение. В подавляющем большинстве вспомогательных общепромышленных механизмов машиностроительного производства, таких как трубопроводные насосы, компрессорные станции, вентиляционные установки и воздуходувки, конвейеры и т.д., исполнительные органы приводятся в движение асинхронным двигателем с корот-козамкнутым ротором (АД), который обладает высокими эксплуатационными характеристиками из зо отсутствия о его конструкции контактных узлов и постоянных магнитов. В таких технических приложениях частотно-регулируемый асинхронный электропривод, как правило, большую часть производственного цикла функционирует с постоянной частотой вращения и медленно изменяющейся нагрузкой, сопровождаемых плавными пуско-тормозными режимами. По этой причине в данных электромеханических системах

целесообразно оптимизировать статические режимы работы АД по какому-либо энергетическому критерию, например, минимума тока статора или электрических потерь.

Оптимизация установившихся процессов АД может осуществляться в классе законов скалярного или векторного управления [3-6,10], причем в последнем случае удается добиться более качественного регулирования механических координат и магнитного состояния асип хронной электрической машины [5,8].

Улучшение энергетических характеристик асинхронного электропривода осуществляется за счет воздействия на магнитное состояние электрической машины, которое может изменяться в достаточно широком диапазоне как при работе во второй зоне регулирования частоты вращения АД [7], реализуемой путем ослабления магнитного поля, так и

№4(33)2006 27

04128858