CC BY
9- выявлять ошибки при изготовлении, установке и ремонте агрегатов, что позволяет эксплуатационную повысить надежность сельскохозяйственной техники и инженерной инфраструктуры.
Список использованных источников
1 Петрищев Н.А., Макаркин И.М. Средства для контроля технического состояния узлов и агрегатов сельскохозяйственных машин по тепловым характеристикам// М.: Сельскохозяйственная техника: обслуживание и ремонт, №5, 2013. - с.38-43.
УДК 621.9.048.4:537.222.003.12
РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ИСКРОВОГО РАЗРЯДА ПРИ
ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ
Коломейченко А.В., Кузнецов И.С., Корсунов В.Е.
ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный
университет», г. Орел, ул. Генерала Родина 69, 302019, тел. (4862) 43-19-79, E-mail: Ivan-654@yandex.ru
Ключевые слова: электроискровая обработка, искровой разряд, диаметр искрового разряда, энергия диссоциации, энергия ионизации, площадь сечения электродов.
Key words: electrospark processing , spark discharge, the diameter of the spark discharge, the dissociation energy, ionization energy, cross-sectional area of the electrodes.
В работе представлена модель определения диаметра искрового разряда, в зависимости от площади сечения электродов, напряжения и параметров газовой среды, в которой проводится электроискровая обработка. Определен необходимый для расчета коэффициент, обусловленный отношением напряжения и средним расстоянием между электродом и деталью (анод - электрод; катод -деталь).
The paper implemented the model calculation of the diameter of the spark discharge, presented in the form of dependency on the diameter of the cross sectional area of the electrodes, the voltage and the parameters of the gaseous medium in which the electrospark processing.
Determined the ratio of the estimated coefficient due to stress and the average distance between the electrode and the workpiece (anode -electrode, the cathode - detail).
Диаметр канала искрового разряда определяет на электродах размер пятна разогрева их поверхностей. Вместе с величиной кинетической энергии столкновения заряженных частиц (электронов и ионов) с поверхностями электродов размер пятна разогрева за время сближения электродов позволит рассчитать интенсивность тепловых источников на поверхностях, количество поступающей теплоты и температурные поля в электродах.
Диаметр канала искрового разряда после его возникновения определяется величиной тока между электродами, которая зависит от затрат электрической энергии на диссоциацию и ионизацию молекул воздуха, на ускорение заряженных частиц в электрическом поле.
Энергия диссоциации молекул азота рассчитывается по формуле:
WN = 0,78 • пвУм, (1)
где - энергия диссоциации молекул азота, Дж/м3; п - число двухатомных молекул воздуха, 1/м3; е - заряд электрона, кл; Ум - потенциал диссоциации молекул азота. 0,78 - коэффициент учитывающий объемную долю азота.
Количество молекул воздуха в единице объема:
Р
n =
kT0
(2)
(3)
где Р0 - начальное давление среды, Па; к - постоянная Больцмана, Дж/°К; Т0 - начальная температура среды, °К.
Энергия диссоциации молекул кислорода: ^ = 0,21 • пвУ0
где W0 - энергия диссоциации молекул кислорода, Дж/м3; У0 - потенциал ионизации молекул кислорода, эВ; 0,21 - коэффициент учитывающий объемную долю кислорода. При одинарной ионизации количество образовавшихся ионов и равно количеству электронов Ые. Потенциалы ионизации азота и кислорода отличаются незначительно и в оценочном
расчете могут быть приняты равными 14,2 эВ (с учетом большей объемной доли азота).
Энергия ионизации атомов воздуха при пробое пространства между электродами:
Wu = 2пвУи, (4)
где Wи - энергия ионизации, Дж/м3;
Уи - потенциал ионизации, эВ. Под действием сил электрического поля заряженные частицы ускоряются и приобретают преобладающее направление движения вдоль поля. Осредненное движение электронов и ионов происходит с некоторыми средними скоростями дрейфа, величина которых зависит от размеров и массы частиц, напряжения между электродами [1].
Скорость дрейфа определяет среднюю кинетическую энергию ионов и электронов, полученную за счет энергии электрического поля между электродами:
Wэ = 1 {теМеУ1 + )
(5)
где WЭ - расход энергии поля на ускорения частиц до скоростей дрейфа, Дж/м3;
те и mi - масса электрона и иона соответственно, кг; Уае и Уй - средняя скорость дрейфа электронов и ионов, соответственно, м/с.
С учетом оценочных величин скоростей дрейфа У^ и У&, рассмотренных авторами в предыдущей работе [2-5], формула (5) примет вид:
Wэ = Р%
2Ж> , (6)
где Епр - напряжение пробоя, В/м; г1 - радиус иона, м.
Энергия разряда между электродами затрачивается на диссоциацию молекул, ионизацию атомов и на увеличение кинетической энергии заряженных частиц (нагрев газа):
W = WN + ^ ^ (7)
где W - энергия разряда, Дж/м3.
Общая энергия разряда соответствует конденсатору, образованному электродами:
си2
W = Си-2 ,
где С - емкость конденсатора, Ф;
и - напряжение между электродами, В.
Емкость конденсатора, образованного электродами:
5
С = е,
h
(9)
где £о - диэлектрическая постоянная, Кл /Н-м ; S - площадь сечения электродов (анода), м2; h - расстояние между электродами, м.
Переменное расстояние между электродами [2]:
h{z) = А[\ - sin2^f(r+rj] (10)
где А - амплитуда колебаний вибратора, м; f - частота, Гц; т - время, с;
тс - время наступления пробоя, с.
Среднее расстояние hcp за время сближения тэ электродов:
А Тэ
hcp = — Д1 - sin2^"(r + rc )}lr =
Тэ 0
= A 1--1— sin itf(тэ+ 2тс)- sinirfz3
_ 1Тэ J (11)
Учитывая, что по порядку величины smnfz3~ nfz3, получим:
hcp ~ A[l - Sin 1(ТЭ + 2ТС )] (l2)
И средняя величина емкости конденсатора, образованного электродами, за время их сближения составит:
г - А
Ccp s° h
'сР (13)
Средние скорости дрейфа ионов и электронов определяют только направленную вдоль поля составляющую полной скорости частиц. Другая составляющая полной скорости частиц - это движение зарядов поперек поля (боковая скорость). Эта поперечная скорость определяется разностью давления в канале разряда и окружающей среде, которая приводит к снижению объемной плотности заряженных частиц в разряде и, в конечном счете, к разрушению разряда с последующим образованием нового разряда за счет притока воздуха окружающей среды.
Примем, что за время между разрядами энергия конденсатора, образованного электродами, успевает восстанавливаться за счет энергии вибратора (генератора). Полная потеря электрической энергии происходит только при контакте электродов. Тогда в формуле (8) можно пренебречь падением напряжения и принять и=ио, (Ц0 - начальное напряжение генератора, подаваемое на электроды).
Тогда общая энергия разряда между электродами:
W ■ и2
Уравнение баланса энергии в разряде (7) примет вид:
еп Ш 2 М2
(14)
= 'сР
2КР 4
К (К + К + К + )
(15)
Откуда, с учетом равенств (1), (3), (4), (6) найдем средний диаметр разряда:
ИСрЧ жвБ
где В - коэффициент, который определяется:
ч Е
Б = п(0,78 V + 0,2\У0 + 2Уи)+ пр
2лг;.2
(16)
(17)
Отношение:
и„ _ и
(18)
'ср 41 - + 2гС )]
Разряд возникает при сближении электродов до расстояния пробоя. Очевидно, что диаметр разряда не должен зависеть от амплитуды колебаний вибратора. Значит при изменении амплитуды колебаний остальные величины в отношении (18) должны изменяться соответствующим образом, согласуясь с изменением амплитуды. На рисунке 1 представлены результаты расчета отношения П^Иср по формуле (18).
Как видно из графика, можно принять.
= 1,27-107, В / м
К
Тогда зависимость для диаметра разряда примет вид:
d = 1,27, м V mß
• А=0.2мм| X А=1.0 мм) ОА=0.2мм|^20() Д А= 1.0 мм j
30 40 50 60 70 80 Напряжение генератора 1)0. В Рисунок 1 - Результаты расчета отношения и^Ь^ Полученная зависимость может служить для предварительного расчета размеров искрового разряда, так как не учитывалось некоторое снижение напряжения за время существования каждого единичного разряда. Поэтому её необходимо будет уточнять после определения длительности каждого единичного разряда при сближении электродов. Расчетом по данной формуле установлено, что диаметр искрового разряда находиться в пределах 5 мкм.
Литература.
1. Фейнман, Р. Фейнмановские лекции по физике: Кинетика. Теплота. Звук. Пер. с англ. Т.4. / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс // М.; Эдиториал УРСС., - 2004. 264. с.
2. Павлов, В.З. Оценочные показатели электроискровой обработки при упрочнении и восстановлении деталей. Скорость дрейфа заряженных частиц / В.З. Павлов, А.В. Коломейченко, И.С. Кузнецов // ТСМ. - 2012. - №6. -С. 52-53.
3. Коломейченко, А.В. О движении заряженных частиц между электродами при электроискровой обработке / А.В. Коломейченко, В.З. Павлов, И.С. Кузнецов // Труды ГОСНИТИ, 2012. - Т. 110, ч. 2. - С. 128-134.
4. Коломейченко, А.В Определение скорости дрейфа заряженных частиц между электродами при электроискровой обработке / А.В. Коломейченко, В.З. Павлов, И.С. Кузнецов // Мир
транспорта и технологических машин. - 2012. - №2 (37). - С. 2430.11
5. Павлов, В.З. Расчет размера искровых разрядов при электроискровой обработке деталей сельскохозяйственных машин / В.З. Павлов, И.С. Кузнецов, А.В. Коломейченко // Russian Journal of Agricultural and Socio-Economic Sciences. - 2012. - Т. 7, № 7. - С. 13-15.
УДК 621.664:669.715
ТЕХНОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ С УПРОЧНЕНИЕМ
ПОРШНЕЙ ДВИГАТЕЛЕЙ BRIGGS&STRATTON
Логачев В.Н. к.т.н., доцент, Лобоцкий М.С.
ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет». 302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, д. 69. Телефон: (4862) 43-19-79. E-mail: logvovan@mail.ru
Аннотация: в работе представлен технологический процесс восстановления и упрочнения микродуговым оксидированием (МДО) поршней двигателей Briggs&Stratton на примере двигателя Briggs&Stratton модели 115400, который позволяет в 2,0...2,5 раза увеличить ресурс восстановленных деталей по сравнению с новыми.
Abstract: This paper presents a process of restoration and strengthening microarc oxidation (MAO) pistons Briggs&Stratton engines for example, Briggs&Stratton Engine Model 115400, which allows 2.0...2.5 fold increase in resource remanufactured parts compared to new.
Ключевые слова: технологический процесс, восстановление, упрочнение, микродуговое оксидирование, поршень двигателя Briggs&Stratton.
Keywords: process, recovery of, hardening, microarc oxidation piston engine Briggs&Stratton.
Поршня двигателей Briggs&Stratton изготавливают из алюминиевого сплава SG 102А по американскому стандарту, и
