CC BY
18РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПРОШИВНОГО УСТРОЙСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПРЕССА Волков А.Ю.1, Зуев Е.А.2, Воробьёв А.К.3
1Волков Алексей Юрьевич - магистрант;
2Зуев Евгений Александрович - аспирант, кафедра робототехники, мехатроники, динамики и прочности машин;
3Воробьёв Александр Константинович - аспирант, кафедра гидромеханики и гидравлических машин, Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт»,
г. Москва
Аннотация: для установления причин возможных отказов прошивного устройства гидравлического пресса было уточнено условие взаимодействия и напряженного состояния этих деталей. Уточнения достигаются за счет максимального приближения геометрии и схемы нагружения расчетной модели к геометрии и схеме нагружения натурной конструкции. В данной статье рассмотрено прошивное устройство пресса, сложной геометрической формы, которое работает в силовом контакте, и поэтому метод решения должен позволять находить как геометрические и силовые граничные условия в зонах контакта отдельных деталей, так и величины максимальных напряжений в зонах концентрации. Ключевые слова: прошивное устройство, горизонтальный пресс, расчет на прочность, МКЭ, АШУ8, метод конечных элементов, типы конечных элементов, узлы, НДС.
Расчетная схема прошивного устройства (ПУ) показана на рис. 1. Расчет напряженного состояния проводился для четверти конструкции из предположения, что различия в геометрической форме колонных стаканов станин незначительны и не оказывают влияния на общее напряженное состояние. На плоскости разреза наложены соответствующие условия симметрии. На внутреннюю поверхность цилиндра прикладывалось равномерно распределенное давление 32 МПа. Для компенсации воздействия со стороны трубопровода для подвода рабочей жидкости к каждому узлу на контуре отверстия в днище цилиндра приложены продольные силы, суммарное действие которых равно произведению площади отверстия в днище на величину рабочего давления. Для обеспечения равновесия системы на поперечное сечение посередине колонны ПУ наложены ограничения на перемещения в продольном направлении.
Расчетная схема подвижной траверсы ПУ показана на рис. 2. Расчет проводился для половины траверсы ввиду её поперечной симметрии. Нагрузка передавалась через пяты плунжеров в виде равномерно распределенного давления, соответствующего усилию цилиндров, на траверсу и замыкалась на прошивной штанге.
Рис. 1. Расчетная схема станины и цилиндра прошивного устройства
Рис. 2. Расчетная схема подвижной траверсы прошивного устройства
Напряженное состояние цилиндра прошивного устройства представлено на рис. 3.
Максимальные напряжения во фланце цилиндра возникают в области наибольшей жесткости стакана цилиндра - в месте примыкания продольной стенки. Величина максимальных растягивающих напряжений составляет ©1=206 МПа. Максимальные напряжения в днище цилиндра составляют порядка с1=140 МПа.
Распределение напряжений в цилиндрической части в окружном направлении неравномерное. Это связано с тем, что станина из -за своей конструкции в большей степени испытывает деформации изгиба в продольной плоскости симметрии. В результате этого стакан цилиндра испытывает сужение в поперечной плоскости симметрии станины. Это приводит к дополнительному деформированию стенок цилиндра. Напряжения в стенках цилиндра в поперечной плоскости достигают о1 = 135 МПа.
Цилиндр ПУ работает в условиях отнулевого цикла нагружения поэтому запас по усталостной прочности определяется следующим выражением:
(1)
_
П0 (Гтах
'1
где Со - предел выносливости материала при отнулевом цикле нагружения.
Согласно чертежу цилиндры ПУ изготовлены из стали 25К. В справочной литературе нет упоминаний об усталостных испытаниях деталей, выполненных из этой стали, соответственно нет точных данных о предел выносливости для отнулевого цикла Ос. Однако, в получены значения пределов выносливости для сталей 22К, 35К, 40К, 50К при испытании крупногабаритных образцов. Для этих сталей значение предела выносливости растет с увеличением процентного содержания углерода от Оо=240 МПа для стали 22К до Оо=287 МПа для стали 50К. Будет справедливо предположить, что предел выносливости стали 25К будет лежать в интервале Оо=240^275 МПа (где 240 МПа - предел выносливости для стали 22К, а верхняя граница 275 МПа - предел выносливости для стали 35К). Для определения коэффициента запаса по усталости возьмем среднее значение Ооср=257,5 МПа. Коэффициент запаса по усталости равен
„ ^=2575=1,25
0 ^Г 206
Минимально допустимое значение коэффициента запаса по усталостной прочности для базовых деталей гидравлических прессов составляет [п]=1,2. Деталь имеет неограниченную долговечность.
Рис. 3. Напряженное состояние цилиндра прошивного устройства, а¡, МПа
Станина прошивного устройства выполнена из стали 35Л. В статье /8/ о механических свойствах и характеристиках усталостной прочности сталей, используемых УЗТМ для изготовления крупногабаритных деталей гидравлических прессов, полученных для образцов, вырезанных из поковок и отливок больших размеров, приведены следующие данные для стали 35Л:
- предел прочности св = 594 МПа;
- предел текучести ст = 308 МПа;
- предел выносливости для отнулевого цикла с0 = 190 МПа.
Напряженное состояние станины прошивного устройства представлено на рис. 4. Максимальные напряжения возникают в задней плите в месте примыкания к колонному стакану и составляют ©1=153 МПа.
Коэффициент запаса по усталости:
П ^ = 190 = ,,24
О ,53 •
Значение коэффициента запаса для станины прошивного устройства близко к
минимально допустимому значению [п]=1,2. Деталь имеет неограниченную долговечность.
Рис. 4. Напряженное состояние станины прошивного устройства, МПа
Напряженное состояние подвижной траверсы прошивного устройства представлено на рис. 5-6. Максимальной величины напряжения достигают на контуре технологического отверстия в плите и составляют с1=257 МПа. Также значительные напряжения с1=194 МПа возникают на поверхности технологического отверстия в стенке траверсы.
Траверса выполнена из стали 35Л. Коэффициент запаса по усталости:
п = ^ = !90 = О74
п стг„ 257 0
Коэффициент запаса ниже единицы, поэтому при работе прошивной системы на полное усилие в траверсе неизбежно зарождение и развитие усталостных трещин в зоне максимальных напряжений.
Рис. 5. Напряженное состояние подвижной траверсы прошивного устройства, МПа
-66.0 57 5.75 77.557 14?.064 221.171
-00.150 41.654 110.46 185.267 257.074
Рис. 6. Напряженное состояние подвижной траверсы прошивного устройства в области
отверстия в стенке, а1, МПа
Список литературы
1. Маслова О.А. Развитие навыков быстрого решения через применение равносильных переходов // Проблемы современной науки и образования, 2015. № 6 (36). С 25-29.
2. 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.
3. Берлизева А.Е. Анализ строительной отрасли в Иркутской области // Вопросы науки и образования, 2017. № 2 (7). С. 73-75.
4. Кирсанов М.Н. Аналитическое выражение для прогиба балочной фермы со сложной решеткой // Моделирование и механика конструкций, 2016. № 4. С. 4.
5. 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.
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.
