CC BY
7Рисунок 9 - Результаты замеров поверхностей А и Б
Таким образом, были рассмотрены две схемы установки тонкостенной детали в технологической оснастке для последующей механической обработки. По результатам проведенных работ следует сделать вывод, что в нашем случае необходимо закрепление детали производить стандартными прижимами, чтобы выдержать допуск радиального биения поверхностей А и Б. При установке заготовки в кулачках тонкостенная деталь деформируется от радиальных сил закрепления, тем самым допуск радиального биения поверхностей с большой долей вероятности может быть не обеспечен.
Литература:
1. Мальцев В. Г., Моргунов А. П., Морозова Н. С., Артюх Р. Л. Технологическая оснастка: Учебное пособие. - Министерство образования науки России. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2019.
2. Рогов В.А. Основы технологии машиностроения: учебник для вузов/ В.А. Рогов. -2-е изд., испр. доп. - Москва: Издательство Юрайт, 2020. - 351 с.
3. SСHUHK: базирование и закрепление тонкостенных деталей - режим доступа: https ://konstruktions.ru/podrobnee -det/baziшvame-i-zakreplenie-tonkostennyx-detalej.html
УДК 501
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ФОРМОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОДНЫХ ЛЕНТ ИЗ ВОДНЫХ ПАСТ АКТИВНЫХ МАСС ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА
Состина Е.В.
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения»
190000, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 6
CALCULATION OF THE PARAMETERS OF THE MOLDING PROCESS COMPOSITE ELECTRODE TAPES MADE OF WATER PASTES ACTIVE MASSES OF CHEMICAL CURRENT SOURCES
E. V. Sostina
Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation 67 Bolshaya Morskaya str., Saint Petersburg, 190000
АННОТАЦИЯ
Рассматривается вопрос формования электродных лент на основе оксида меди (II) и параметры расчета. Предлагаемая модель имеет простую математическую форму и реализуется на специальной прокатной установке с валками. Для реализации метода приведен математический расчет и приводятся примеры данных расчетов конструктивных параметров прокатной установки при формовании электродных лент разной толщины для электродов с активной массой.
ABSTRACT
The issue of forming electrode tapes based on copper (II) oxide and calculation parameters are considered. The proposed model has a simple mathematical form and is implemented on a special rolling plant with rolls. To implement the method, a mathematical calculation is given and examples of these calculations of the design parameters of the rolling plant are given when forming electrode tapes of different thicknesses for electrodes with an active mass.
Ключевые слова: электродные ленты, моделирование, параметры расчета, формование.
Keywords: electrode tapes, modeling, calculation parameters, molding.
Введение
В настоящее время в разработке технологий производства уделяется большое внимание не только экономически выгодных технологий, но и экологических проблемам. Вопрос разработки экологически выгодной технологии производства непрерывного формования ленточных
положительных электродов химических источников тока (ХИТ) из водных паст активных масс весьма актуально. Вопрос толщины электродов, различия в требуемой плотности их активного слоя выдвигает задачу разработки математической модели процесса, что приводит к созданию метода расчета параметров процесса.
Данный процесс включает несколько этапов:
1) формование слоев пасты определенной толщины;
2) накатку этих слоев на сетчатый токоотвод при одновременном удалении части влаги и уплотнение активной массы;
3) дальнейшее удаление влаги и одновременное уплотнение активного слоя электрода при прокатке электродной ленты через зазоры ряда валков.
Реализуется процесс формования электродной ленты на специальной прокатной установке с валками, которые имеют оболочки из впитывающих влагу материала [1]. Влага из тканевых оболочек валков удалялась за счет нагрева и сушки оболочек при помощи специальных нагревателей, охватывающих валки. В другом варианте установки используется удаление влаги с помощью лент фильтровальной бумаги, при этом необходимость в сушке оболочек валков отпадает - ленты используются один раз.
Объекты и методы
Объектами исследования являлись: активная масса на основе СиО, прокатанные из активной массы ленты и ленточные электроды с активным слоем на основе СиО.
Состав сухой активной массы на основе СиО: технический углерод - 5...10% (сажи марок АД-200, ПМЭ-100В), связующее Ф-4Д - 5...10% (суспензия фторопласта Ф-4Д), порошок СиО, приготовленный на основе оксида меди (II). Пасту активной массы готовили путем сухого смешения оксида меди и технического углерода, затем в смесь сухих компонентов добавляли разбавленную дистиллированной водой суспензию фторопласта [1,2].
Ленты активной массы прокатывали из пасты активной массы, из которой формировали слои на противоположных валках большого диаметра с тканевыми оболочками. Слои накатывали на сетчатый токовый коллектор, который пропускали
через зазор валков. Далее электродные ленты пропускали через другие валки с тканевыми оболочками для удаления влаги, после чего сушили и термообрабатывали. Температура
термообработки составляла 300...320°С, время -10...15 мин.
Электроды изготавливали из лент и пластин, полученных прокаткой гранулированной активной массы, пропитанной органической жидкостью, двухсторонней накаткой на сетчатый токовый коллектор.
В качестве токовых коллекторов использовали тканые или просечные (растяжные) никелевые, нержавеющие или медные сетки. Обычно применяли сетки, изготовленные способом безотходной просечки-вытяжки, толщиной кс = 0,02^0,2 мм и коэффициентом открытия К = 0,38^0,92, чаще использовали сетки толщиной кс = 0,1 мм и коэффициентом открытия К = 0,67 [3,6].
Результаты и их обсуждение
Результаты исследований показали, что тканевые оболочки валков в процессе прокатки впитывают влаги заметно меньше, чем те же материалы в свободном состоянии. В связи с этим была экспериментально определена эффективная пористость материалов для оболочек валков, которая использовалась для расчета параметров процесса формования и параметров прокатной установки.
Методика определения эффективной пористости разрабатывалась из оценки содержания влаги в оболочках при формовании электродов в ходе эксперимента [4]. Экспериментальная лента из исследуемого материала оболочки смачивали жидкостью, и обжимался в чехле из полиэтиленовой пленки [4,5]. Эффективную пористость материалов оболочек рассчитывали по объему влаги, которую впитывал материал под давлением. Определяли массу сухого образца, массу влажного образца после обжатия в валках, объем образца, плотность пропитывающей жидкости.
Расчет проводили по формуле:
Р= [(т. - шб)/(р-Щ]-100% ,
где Р - эффективная пористость оболочки, %; шь - масса влажного образца после обжатия; т$ -масса сухого образца; рь - плотность пропитывающей жидкости; V - объем образца.
Максимальная влажность материалов ^стах , %, определяли как:
М*тах = [(Шгтах - Шб)/ШБ]-100% ,
где m^max - максимальная масса влажного образца при свободной пропитке в жидкости; mS -масса сухого образца. Максимальную массу влажного образца при свободной пропитке в жидкости mLmax определяли после выдержки 10-15 с в жидкости, выдержки образца в вертикальном положении в течение 1 мин и удалении капель на нижнем конце образца.
Влажность материалов при прокатке Wcred , %, определяли как:
WW = [(m red - ms)/ms]-100% ,
где mL red - масса влажного образца после пропитки в жидкости и прокатки; mS - масса сухого образца.
Уплотнительные валки обернуты тканевыми лентами, поэтому часть влаги переходит из электродной ленты в эти тканевые оболочки. Если число тканевых слоев на первой паре валков k1, их толщина hоб и пористость Роб , то толщина электродной ленты hMl после первого уплотнения равна:
hэл1 = 2^0 + hэ.с - ^об • Роб .
Если оболочки на валках разные по толщине слоев и пористости, например, выполнены из лент разных марок то:
^эл 1 _ 2^эл0 + ^эс — ^2=1 ^об ] ' ^об _/',
где у - номер валка, Нов з и Роб з - толщина и пористость оболочки на
у-том валке. При равной толщине массы Нл0 с двух сторон токоотвода после уплотнения ленты толщина активного слоя с одной и другой стороны токоотвода также равна, т.е.
hэлl = 2hлl + hэ.с = 2Ьл1 + hс(1-K)
где Нл\ - половина толщины активного слоя электродных лент или толщины ленты активной массы после первого уплотнения.
л &
о &
к л о с
к «
К
£
<D •©ф
•©ф
Г)
80 70 60 50 40
30 -н 20 10 0
ж
8
а
cfc^
Рис. 1. Эффективная пористость материалов оболочек валков
На рис. 1 приведены значения эффективной материалов и влажности при прокатке, по которой пористости для ряда используемых материалов, а в рассчитывалась эффективная пористость оболочек табл. 1 - соотношение максимальной влажности валков.
Таблица 1
Средние значения максимальной влажности материалов оболочек, _влажности при прокатке и их отношение_
Наименование материала Максимальная влажность Гстах, % Влажность при прокатке Гсге<1, % Отношение ^тах /
1 2 3 4
Фильтровальная бумага 173 118 1,47
Фильтровальная бумага 179 100 1,79
Бязь неотбеленная х/б тонкая 205 131 1,56
Бязь неотбеленная х/б 274 176 1,56
Бязь отбеленная х/б 163 116 1,40
Бязь отбеленная х/б 164 117 1,40
Фланель, х/б 226 142 1,60
Лен 182 118 1,54
Лен+х/б 195 104 1,89
Капрон 133 131 1,02
Синтетический шелк 95 93 1,02
Лавсан 156 119 1,32
Стеклоткань 52 50 1,04
Наиболее эффективными впитывающими материалами являются низкозольная
фильтровальная бумага, полотенечная ткань из льна и хлопка и стеклоткань, однако могут с успехом использоваться большинство хлопчатобумажных и синтетических тканей. Использование
синтетических тканей и стеклоткани продиктовано тем, что адгезия к ним прокатываемой активной массы мала, напротив, для хлопчатобумажных, льняных тканей и тканей из льна и хлопка адгезия активной массы при прокате превышает когезионную прочность самой массы, поэтому при формовании нарушается целостность активного слоя. Поэтому использовали двух или трехслойные оболочки, в которых внешний слой был из стеклоткани или синтетической ткани (лавсана, капрона, синтетического шелка).
Число необходимых уплотнительных проходов растет с увеличением толщины электродных лент. Варианты прокатки с 3 и более уплотнительными проходами приемлемы для «ручной» технологии, но не могут считаться рациональными для производственных установок [6]. Уменьшение числа уплотнительных проходов возможно за счет увеличения толщины слоев и применения двухслойных или трехслойных оболочек. Но при увеличении толщины и числа слоев растет погрешность толщины электродных лент. Поэтому нецелесообразно применять более двух слоев ткани для каждого валка.
Суммарное число слоев кх на уплотнительных валках равно:
^ = 2^лп • (¥лп/¥л0 - 1)/(Кб • Роб) Или
Ь = [Кл п - К • (1 - Ю] • (Улп/¥л0 - 1)/
№об • Роб)-
Полученное значение округляется до целого числа. При одинаковых коб и Роб слоев толщина получаемого электрода определяется по формуле :
^эл П ^эл0 ^¿=1 • ^об I • Роб I •
На практике может варьироваться толщина и количество слоев на валках. В этом случае расчет следует вести по формуле:
к-эл П ^эл0 2^ = 1 • Роб] •
Выводы
Приведенная модель дает возможность рассчитать и оптимизировать как параметры процесса формования, так и параметры формующей установки, решить все прямые и обратные задачи при расчете параметров процесса формования.
Примеры результатов расчета конструктивных параметров проктной установки при формовании электродных лент разной толщины для электродов с активной массой состава, масс. % : СиО : технический углерод : связующее - 85:5:10, начальная влажность 55,6%, конечная плотность активного слоя электродов 2,6 г/см3, токовый коллектор - просечная сетка толщиной 0,1 мм, К = 0,67.
Пример 1: толщина электрода 0,3 мм, оболочки валков- по 1 слою стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65, оболочка валка слой стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65, 2 слоя лент из фильтровальной бумаги толщиной 0,11 мм, Р = 0,716, оболочки валков 1 слой стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65, 2 слоя лент из фильтровальной бумаги толщиной 0,11 мм, Р = 0,716 на валке слой ленты из фильтровальной бумаги толщиной 0,11 мм, Р = 0,716.
Пример 2: толщина электрода 0,5 мм, оболочки валков- по 1 слою стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65, оболочка валка - 1 слой стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65, 2 слоя
ткани лен+х/б толщиной 0,3 мм, Р = 0,627, оболочки валков- по 1 слою стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65 и по 1 слою ткани лен+х/б толщиной 0,3 мм, Р = 0,627.
Пример 3: толщина электрода 0,7 мм, оболочки валков- по 1 слою стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65, оболочка валка - 1 слой стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65, 2 слоя ткани лен+х/б толщиной 0,3 мм, Р = 0,627, оболочки валков - 1 слой стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65, 2 слоя ткани лен+х/б толщиной 0,3 мм, Р = 0,627 на валке слой стеклоткани толщиной 0,2 мм, Р = 0,65, 3 слоя ткани лен+х/б толщиной 0,3 мм, Р = 0,627.
Расчеты, произведенные по предложенной математической модели, и экспериментальная проверка результатов расчета показали: 1) разработанная модель пригодна для расчета параметров процесса формования, состава и толщин оболочек валков; 2) для формования электродов толщиной не более 0,5 мм можно использовать в качестве слоев, впитывающих влагу, ленты фильтровальной бумаги либо тканевые оболочки; 3) при формовании электродов большей толщины применять ленты фильтровальной бумаги нецелесообразно.
Библиографический список
1. Сербиновский М.Ю., Волощук В.Г., Шкураков В.Л. Опережение при формовании лент
УДК 621.315
активной массы // Изв. вузов. Сев. Кавк. регион. Техн. науки. 2001 - № 4. - С. 25-29.
2. Waddoups М.Е., Eisenmann J.R., Kaminske В. Е. Microscopic fracture mechanics of advances composite materials // Journal of composite materials. 1971.Vol.5, № 4. P. 446-454.
3. Состина Е.В, Сербиновский М.Ю., Галкин С.А., Иванова Ю.Б. Расчет параметров уплотнения активного слоя при формировании ленточных электродов химических источников тока // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2005. Спец. вып.: Композиционные материалы. С. 59-65
4. Багоцкий, B.C. Химические источники тока. / Багоцкий B.C., Скупдип A.M.; М: Энергоиздат.-1981,- 360с.
5. Zhang Y. Progress of electrochemical capacitor electrode materials: A review / Zhang Y., Feng II., Wu X., Wang L., Zhang A., Xia Т., Dong H., Li X., Zhang L. // Int. J. Hydrogen Energy. 2009. V.34. P.4889-4899.
6. Сербиновский М.Ю., Федорчук В.Е., Иванова Ю.Б., Состина Е.В. Разработка математической модели экологически чистого процесса формования непрерывных композиционных лент // Результаты исследований. 2009: материалы 58-й науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2009. С. 183-190
СОВРЕМЕННЫЕ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ КАБЕЛЯ
Суллиев Абсаид Хуррамович
к.т.н., профессор Ташкентский государственный транспортный университет, (Узбекистан)
Магистр: Хуррамов А. Т.
MODERN HIGH QUALITY CABLES
Sulliev Absaid Khurramovich
Candidate of Technical Sciences, Professor Tashkent State Transport University, (Uzbekistan) Master: Khurramov A. T.
АННОТАЦИЯ
Расширенные возможности могут быть использованы в процессе реализации новых проектов городского строительства. Как известно, потребность в создании сверхпроводящей инфраструктуры для передачи и распределения электрической энергии начала остро ощущаться в центрах мегаполисов еще в начале XXI века.
ABSTRACT
Extended capabilities can be used in the implementation of new urban construction projects. As you know, the need to create a superconducting infrastructure for the transmission and distribution of electrical energy began to be acutely felt in the centers of megacities at the beginning of the 21st century.
Ключевые слова: Провода на основе низкотемпературных сверхпроводников представляли собой сложные конструкции.
Key words: Wires based on low-temperature superconductors were complex designs.
Сегодня кабельная промышленность практике, что существенно расширяет находится в стадии интенсивного роста. Смелые возможности кабельно-проводниковой продукции научные разработки активно применяются на
