Продольно-поперечный изгиб винтов запорной арматуры Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

DESIGN SOLUTION TO AVOID SLUG PULLING ON OPERATING SURFACES OF DIE IN SHEARING OPERATIONS OF COLD SHEET METAL STAMPING

A.N. Malyshev, S.A. Bysov

The article contains an overview of the most common design solutions to avoid slug pulling on operating surfaces of dieinshearing operations of cold sheet metal stamping. Unified constructions of matrices, punches and a universal unit the "bazooka" type are described with a definition of their main characteristics and frames of their effective application.

Key words: stamping, slug pulling.

Malyshev Alexander Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, 1m-kf.mgtu@,inbox. ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,

Bysov Sergey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, 1m-kf.mgtu@,inbox.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch

УДК 621.646

ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНЫЙ ИЗГИБ ВИНТОВ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ

Н.Е. Проскуряков, И.В. Лопа

Анализируются результаты моделирования продольно-поперечного изгиба винтов запорной арматуры.Предложена модель учетавлияния поперечной нагрузки при моделировании потери продольной устойчивости винтов приводов затворов трубопроводов. Показано, что не учет поперечной силы существенно искажает результаты.

Ключевые слова: запорная арматура, моделирование, продольно-поперечный изгиб, продольная устойчивость, винт.

Винтовая пара винт - гайка в механизмах управления затворами применяется повсеместно, что объясняется значительными преимуществами этого механизма по сравнению с другими, а именно: простотой конструкции, компактностью и малыми габаритами, свойством самоторможения, благодаря которому давление среды не может произвольно изменять заранее установленного положения затвора.

При расчете винтов запорной арматуры существует проблема продольно - поперечного изгиба винта вследствиепотери продольной устойчивости из-за больших осевых усилий сжатия P и наличия поперечного возмущения в виде поперечной силы F из-за поддерживающего влияния сальника [1]. Кроме того, поперечный изгиб может возникнуть и из-за погрешностей изготовления и монтажа винта. Подобные проблемы возникают и при расчетах винтовых рабочих механизмов винтовых прессов [2].

277

При этом существует проблема учета влияния резьбы на прочностные и жесткостные параметры винтов. Очевидно, что резьба оказывает существенное поддерживающее влияниеи применять в расчетах в качестве основного геометрического параметра внутренний диаметр резьбы (диаметр впадин) недопустимо.

Запишем уравнение изогнутой линии винта, потерявшего устойчивость:

d2y =_i F • z + P • y(z)

dz2 E J(z) . ( )

Здесьв качестве функции, описывающей изменение момента инерции по длине винта предлагается использовать уравнение, предложенное в работе [3]:

J (z) = J0 + a sin(w • z + j), где a, j, w и J 0 аппроксимирующие коэффициенты [4, 5]. Это уравнение учитывает периодичность изменения момента инерции в соответствии с количеством витков резьбы.

Интегрировать (1) будем при помощи метода последовательных приближений [6]. В качестве первого приближения используем синусоиду Эйлера:

• p z /ОЛ

У1 = c0sm—. (2)

Подставляя (2) в правую часть (1), получим обыкновенное дифференциальное уравнение:

. Р • z

j2 i F • z + P • с0 sin-

Ц=---0-'-. (3)

dz E J o+a sin(w^ z + j) С учетом того, что j<<w- z и между частотой колебаний j и шагом ррезьбы существует следующая закономерность w = —, уравнение (3)

Р

можно переписать в виде:

. Р • z

j2 i F • z + P • c0 sin-

d-y = - i_0_l- (4)

dz- E _ + . (-n-я-z^ ' V 7

J o+a sin -

o l

V l

где n = — - количество витков резьбы; l- длина винта. Р

Тогда искомая функция получается двойным интегрированием правой части уравнения (4) по z. Представим синусы, стоящие под знаком интеграла в виде рядов, изапишем выражение (4) в виде:

У( 2) =- ЕII-

Р • 2 + Р - Со I

И (_1) т-1

т=1

(-1) т"1 а( 2)

(2т -1)!

2т-1

(-1) т-1Ь( 2)

(2т -1)!

3 о + а I

т=1

2 т -1

(5)

, я-2 п 2и-я-2

где а( 2) = —; Р( 2) =---.

Полученный интегралимеет аналитическое решение. После упрощения подынтегрального выражения путем разложения в ряд и последовательного интегрирования (5) получим решение, например, для седьмойсте-пени разложения при к=7, котороепосле исключения слагаемых, не оказывающих существенного влияния на результаты вычислений, принимает вид:

у2(2) = - ^ _ (ю223 /12 -Ю-ф- 22)-

4Ею2 3

о

Р

Е • 3 0

я 3

--2

6/ •

лт

120/:

25 +■

Я"

5040/

5

Я • / • 2

5040

(840 - 42я 2 + я 4)

Для нахождения критической силы приравняем амплитуды первого и второго приближений в фиксированной точке 2 = /:

( / Л (/л

= у 2

У1

2

2

Ч^-У Ч^-У

В результате получим первое приближение значения критической

силы:

92160Е • 30 • (1

/3 ф-/

Р =

± кр

32Е - 3 48

я- /2 (5760 - 360л 2 + 9л 4)

ю

(6)

На рис. 1 представлены уравнения изогнутых линий для винта с резьбой ТЯ20х3при следующих исходных данных: / = 1000 мм; Е = 2 -105 Н/мм2; ю = я /0,77; ф = 0,68; 30 = 5936 мм4. Кривая 1 - с учетом поперечной силы Р = 1000 Н, кривая 2 - без учета поперечной силы Р = 0 .

Видно, что неучет поперечной силы существенно искажает результаты (в рассмотренных случаях реальный прогиб в 1,5 раза меньше).

Далеебыли проведены расчеты, при тех же исходных данных, критической силы с учетом поперечного возмущения и без него. На рисунке 2 представлены зависимости продольной критической силы от величины поперечного возмущения при разных моментах инерции поперечного сече-

ния винта: кривая 1 - 30 = 5936 мм4, кривая 2 - 30 = 2700 мм

4

7

2

)

О 200 400 600 800 1000

Рис. 1. Прогиб винта с резьбой ТЯ20х3:1- поперечная сила, ^ = 1000 Н ;

2 - поперечная сила ^ = 0

Анализ рисунка позволяет сделать выводы, что 10 % поперечной нагрузки от величины осевой при моменте инерции поперечного сечения

винта 30 = 5936 мм4 на 30 процентов уменьшает значение критической силы, а при моменте инерции сечения в 2 раза меньше, величина критической силы падает больше чем в 2,5 раза.

РкрН

2x10?

6x10?

4x10?

2x10?

0 250 500 750 КН

Рис. 2. Зависимость величины продольной критической силы от дополнительной поперечной нагрузки

Полученные результаты особенно актуальны при расчетах винтов запорной арматуры, работающих в условиях динамического нагружения при аварийном закрытии трубопровода. Как показано в работах [7-9], в этих условиях, на винты дополнительно действует ударное давление, кото-

280

рое при проектировании учитывается не полностью. Любая добавка к продольному усилию сжатия может стать критической, шпиндель потеряет продольную устойчивость, изогнется и затвор не сможет выполнить свою функцию по перекрытию аварийного трубопровода.

Таким образом, предложена модель учета поперечной нагрузки при моделировании потери продольной устойчивости винтов приводов затворов трубопроводов. Показано, что неучетпоперечной силы существенно искажает результаты.

Список литературы

1. Ефимова А.И., Панченко Е.В., Лопа И.В. Продольная устойчивость выдвижных шпинделей затворов трубопроводов с учетом поддерживающего влияния сальника // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Вып. 2. С. 312-318.

2. Проскуряков Н.Е., Лопа И.В. Расчет винтовых рабочих механизмов винтовых прессов с учетом погрешностей изготовления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. Вып. 6. Ч. 2. С. 249-253.

3. Лопа И.В., ПатриковаТ.С., ПатриковаЕ.Н. Определение момента инерции поперечного сечения винта // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. Вып. 2. С. 236-247.

4. Лопа И.В., Патрикова Т.С., Ефимова А.И. Поперечный изгиб винта с учетом изменения момента инерции по его длине // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. Вып. 2. С. 241-245.

5. Проскуряков Н.Е., Лопа И.В. Влияние резьбы на поперечный изгиб винта // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып. 11. Ч. 2. С. 472-476.

6. Проскуряков Н.Е., Лопа И.В. Исследование влияния изгиба винтов на их момент инерции и продольную устойчивость // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып. 11. Ч. 2. С. 512-516.

7. Лопа И.В., Ефимова А.И., Жукаев А.И. Определение перепада давления при закрытии шиберного затвора // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. Вып. 11. Ч. 1. С. 186-191.

8. Proskuriakov N.E., Lopa I.V. Calculation of spindle of pipeline fittings on the longitudinal stability // Procedia Engineering. 2016. V. 152. P. 265269.

9. Proskuriakov N.E., Lopa I.V., Trapeznikov E.V. Control of influence of a thread on a bending of screws // Journal of Physics: Conference Series. V. 858. I. 1, 2017. № 012028.

Проскуряков Николай Евгеньевич, д-р, техн. наук, проф., vippne@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Лопа Игорь Васильевич, д-р, техн. наук, проф., pmdm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

LONGITUDINAL-TRANSVERSE BENDING OF THE SHUTOFF VALVES SPINDLES

N.E. Proskuriakov, I. V. Lopa

Results of modeling of a longitudinal-transverse bending of shutoff valves spindles are analyzed.The model considering influence of a transverse load on loss of longitudinal stability of shutoff valves spindlesis offered.It is shown that not accounting of lateral force significantly distortedof results.

Key words: valves, modeling, longitudinal-transverse bending, longitudinal stability,

spindle.

Proskuriakov Nikolai Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, vippne@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Lopa Igor Vasilyevich, doctor of technical sciences, professor, pmdm@,tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 681.5

ПРОБЛЕМЫ ОСНАЩЕНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ СИСТЕМАМИ НИВЕЛИРОВАНИЯ

К.Г. Пугин, У.А. Пираматов

В статье рассматриваются существующие виды систем нивелирования, произведен обзор существующих систем нивелирования и их производителей. Рассмотрены слабые места отечественной техники в связи с которыми внедрение систем нивелирования нецелесообразно. Рассмотрены все преимущества системы и обоснована ее эффективность и необходимость развития отечественной техники в направлении интеллектуализации. Описана история развития систем нивелирования, описаны особенности систем нивелирования каждого поколения. Выявлены конкретные проблемы внедрения систем нивелирования на конкретном примере автогрейдера ДЗ-98.

Ключевые слова:системы нивелирования, автогрейдер, гидросистема, автоматизация техники, GPS, ГНСС, позиционирование.

Сфера дорожного строительства в последние годы стала бурно развиваться, повышаются требования к точности строительства, очень остро стоит вопрос повышения производительности техники и понижения затрат

282