CC BY
9
cess of occurrence of circular microcracks randomly distributed over the volume, the concentration of which increases with increasing load. For progressive microdamagebility, the Daniels structural model of microcrack accumulation is used.
Key words: microdamagebility, microstrength distribution function, statistical strength criterion, material effective properties.
Dorodnykh Tatiana Ivanovna, candidate of physical-mathematical sciences, senior engineer, tdortu-la@gmail.com, Russia, Tula, L.N. Tolstoy Tula's State Pedagogical University
УДК 658.345 + 06
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-495-499
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ СПЕКТРОВ ВИБРАЦИЙ ЗУБОФРЕЗЕРНЫХ СТАНКОВ
О.Г. Харламов
В данной статье приведены результаты экспериментальных исследований спектров вибраций зубофрезерных станков проведенные в условиях их промышленной при различных технологических нагрузках. Измерения проводились как для вертикальных зубофрезерных станков различных моделей, производящих нарезание зубчатых колес обкаткой червячной фрезы и обработку заготовки методами попутного или встречного фрезерования, так и для горизонтальных зубофрезерных станков предназначающихся для нарезания изделий малого размера и имеющих специальный подвижной стол, который используется для поддержки изделия и перемещается по горизонтали.
Ключевые слова: вибрации, фрезерование, зубофрезерные станки, экспериментальные исследования, виброакустические характеристики.
Несмотря на различие технологических процессов при методах обката и копирования теоретическое исследование процессов возбуждения вибраций может быть выполнено единым методологическим подходом.
Фрезеруемые зубчатые колеса устанавливаются на оправках, имеющих цилиндрическую форму. При любом способе центрирования они представляют собой жестко закрепленные в центре круглые пластины. Используя теоретические исследования для зубчатых колес зависимость для расчета собственных частот колебаний приведены к виду
_ kh fk~~D
M
где к - коэффициент, определяющий собственные частоты колебаний; h - длина зуба, м; Б - диаметр окружности выступов, мм; Е - модуль упругости, Па; р - плотность материала колеса, кг/м3; ц - коэффициент Пуассона.
Расчеты собственных частот колебаний зубчатых колес. На предприятиях машиностроения в подавляющем большинстве обрабатываются колеса из стали и чугуна. Подставляя величины механических параметров получены следующие зависимости для собственных частот колебаний колес из соответствующего материала:
Для стали
Гк = 3^103 —
Для чугуна
/к = 2,4 • 103 — )к В
В зависимости от соотношения радиуса и длины волны в воздухе на собственных частотах колебаний [1,2].
Тогда с учетом данных работ получены следующие зависимости для звукового давления (Р) и звуковой мощности (Ы):
Сталь.
Точечный источник
Р = 6• юз икЪук , м = 6^10504(1гкУкУ г
Круглая пластина
Р = 3-103
; N = 1,4^105Д4(й^)
Чугун
Точечный источник
Р = 4,5 • 103
Круглая пластина
Р = 2,3 • 103
; N = 1,1 • 105Д4(й^7/с)2
где — скорости колебаний на собственных частотах, м/с; г - расстояние от зубчатого колеса до рабочего места станочника, м.
Результаты измерений показали, что несмотря на различия в геометрических размерах обра-
батываемых колесах и частотах вращения режущего инструмента состав спектров шума, который в очень большой степени определяется собственными частотами колебаний, практически идентичен. Для подтверждения данного факта выполнены расчеты собственных частот колебаний чугунных и стальных колес с различным соотношением диаметров и длины зубьев. Результаты расчетов приведены ниже и показали, что у колес с различными геометрическими параметрами собственные частоты колебаний попадают в интервал шестой - девятой октав интенсивностью звукового излучения естественно определяется уже геометрическими размерами колес.
Экспериментальные исследования подтвердили правильность геометрических исследований
закономерностей процесса излучения звуковой энергии аналитической подсистемы «узел обрабатывания заготовки - узел резания».
Д х И = 20 х 50
чугун [к = 5,75 • 103&; ^ = 5750; /2 = 11500; сталь ¡к = 7,5 • 103&; Д = 7500
Д х И = 50 х 50
чугун [к= 2,3 • 103&; Ъ = 2300; /2 = 4600; /3 = 9600; /4 = 9200; /5 = 11500; сталь = 2,3 • 103&; Д = 3000; /2 = 6000; /3 = 9000; /4 = 12000;
Дх И = 125 х 100;
чугун [к = 1,84 • 103&; Д = 1840; /2 = 3680; /3 = 5520; /4 = 7360; /5 = 9200;/6 = 11040; сталь Д = 2,4 • 103^;
^ = 2400; /2 = 4800; /3 = 7200; /4 = 9600; /5 = 12000 Дх И = 125 х 140; чугун /к =2,6 • 103^;
Д = 2600; /2 = 5200;/3 = 8400; /4 = 10300; сталь Д = 3,4 • 103^; Д = 3400; /2 = 6800; /3 = 10200; Д х И = 200 х 200 чугун Д =2,3 • 103^;
^ = 2300; /2 = 4600; /3 = 6900; /4 = 9200; /5 = 11500; сталь [к = 3^103^;
^ = 3000; /2 = 6000; /3 = 9000; /4 = 12000;
Дх И = 200 х 180; чугун =2-103^;
Д = 2000; /2 = 4000; /3 = 6000; /4 = 8000; /5 = 10000; сталь =2,6 • 103^;
Д = 2600; /2 = 5200; /3 = 7800; /4 = 10400; Дх И = 320 х 220 чугун [к = 1,6 • 103^;
Д = 1600; /2 = 3200; /3 = 4800; /4 = 6400; /5 = 8000;/6 = 9600;
/7 = 11070;
сталь [к = 2 • 103^;
Д = 2000; /2 = 4000; /3 = 6000; /4 = 8000; /5 = 10000; Дх И = 320 х 180 чугун Д = 1,3 • 103&;
Д = 1300; /2 = 2600; /3 = 3900; /4 = 5200; /5 = 6500;/6 = 7800; /7 = 9100;/8 = 10400; сталь Д = 1,8 • 103^;
Д = 1800; /2 = 3600; /3 = 5100; /4 = 6800; /5 = 8500; /6 = 10200; Дх И = 500 х 300 чугун [к = 1,4 • 103^;
^ = 1300; /2 = 2800; /3 = 4200; /4 = 5600; /5 = 7000;/6 = 8400;
/7 = 9800;/8 = 11040;
сталь /к = 1,7 • 103^;
Д = 1700; /2 = 3400; /3 = 5400; /4 = 7200; /5 = 9000; /6 = 10800;
Дх И = 500 х 350
чугун Д = 1,6 • 103&;
Д = 1600; /2 = 3200; /3 = 4800; /4 = 6400; /5 = 8000;/6 = 9600;
/7 = 11200;
сталь = 2 • 103^;
Д = 2000; /2 = 4000; /3 = 6000; /4 = 8000; /5 = 10000;
Дх И = 800 х 350
чугун = 103^;
Д = 1000; /2 = 2000; /3 = 3000; /4 = 4000; /5 = 8000;/6 = 6000;
/7 = 7000;/8 = 8000;/9 = 9000; /10 = 10000;/ц = 11000; сталь /к = 1,3 • 103^;
Д = 1300; /2 = 2600; /3 = 3900; /4 = 5200; /5 = 6500; /6 = 7800;
/7 = 9100; /8 = 11700.
Исследования спектров вибраций. Формирование звукового поля на рабочих местах создается одновременным излучением звуковой энергии не только узлами обрабатываемых заготовок, включающими сами зубчатые колеса и отправки, и резания, включающими фрезы и оправки, но и элементами несущей системы станка [3-5]. Вначале выявлялись источники, создающие превышения уровней звукового давления над предельно-допустимыми значениями [56].
Поэтому для идентичных источников, создающих уровни звукового давления превышающие санитарные нормы, измерялись уровни вибраций как на заготовках, так и на элементах несущей системы. Результаты измерений приведены на рис. 1 и 2.
Максимальные уровни вибраций зафиксированы на обрабатываемом колес, и оправке зубчатого колеса и узла фрезерования, измеренного на кронштейне.
Lv, дБ 100
90
80
31,5 63 125 250—ф—§0й_ — 1000 2000 4000
Рис. 1. Спектры вибраций: 1 - на колесе; 2 - оправка
8000 !, Гц
Возможность измерения уровней вибрации на обрабатываемом колесе и оправке определяется малой частотой вращения и быстродействием измерительной аппаратуры.
Lv, дБ 110
100
90
31,5
63
125 250 500 1000 2000 4000 8000 --1 -----2 Г, Гц
Рис. 2. Спектры вибраций: 1 - на узле резания; 2 - на корпусе фрезерной бабки
497
Уровни вибраций корпуса бабки при частоте вращения 4000 об/мин на 12-15 дБ в интервале частот 500 - 8000 Гц меньше чем на узле фрезерования. Уровни вибраций стола и станины в интервале 500 - 8000 Гц (рис 3) более чем на 10 дБ меньше чем на корпусе фрезерной бабки.
Lv, дБ 90
80 •
70
60
31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
--1 --— 2 f, Гц
Рис. 3. Спектры вибраций: 1 - на столе; 2 - на станине
Для всех вышеуказанных станков основными источниками являются: обрабатываемые зубчатые колеса, оправки зубчатых колес, фрезы и оправки фрез.
Выводы. В приведенных в статье зависимостях параметры технологических процессов, реализуемых на зубофрезерных станках, учитываются в зависимостях скоростей колебаний на собственных частотах. Эти данные позволяют теоретически рассчитывать спектральные уровни звукового давления вышеуказанных источников на этапе проектирования и выявлять частотные интервалы и величины превышений над санитарными нормами.
Список литературы
1. Чукарин А.Н. Теория и метода акустических расчетов и проектирования технологических машин для механической обработки. Ростов н/Д, Издательский центр ДГТУ, 2004. 152 с.
2. Солдатов А.Г., Харламов О.Г., Финоченко Т.А. Идентификация факторов производственного процесса при работе на зубообрабатывающих станках // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2021. № 2 (55). С. 118-121.
3. Финоченко Т.А., Баланова М.В., Яицков И.А. Методика и техническое обеспечение проведения экспериментальных исследований определения шума на рабочих местах // Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2019. № 1(46). С. 5-7.
4. Морозов С.А., Чукарин А.Н., Финоченко Т.А. Экспериментальные исследования шума и вибрации при местном упрочнении деталей шарико-стержневым упрочнителем // Российский научно-технический журнал «Мониторинг. Наука и Технология» 2019. № 1 С. 65-69.
5. Чукарин А.Н., Безъязычный В.Ф., Чумак П.В. Моделирование виброакустической динамической системы "обрабатываемые заготовки-ползун" токарно-карусельных станков // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17. № 12 (204). С. 531-536.
6. Харламов О.Г. Экспериментальные исследования спектров шума зубофрезерных станков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып.5 С. 391-396 DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-391-397.
Харламов Олег Геннадьевич, аспирант, smspal@mail.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
RESULTS OF INVESTIGATION OF THE VIBRATION SPECTRA OF GEAR MILLING MACHINES
O.G. Kharlamov
This article presents the results of experimental studies of the vibration spectra of gear hobbing machines carried out in their industrial conditions at various technological loads. The measurements were carried out both for vertical gear hobbing machines of various models, which cut gears by running in a worm cutter and process the workpiece by climb or counter milling methods, and for horizontal gear hobbing machines intended for cutting small-sized products and having a special movable table, which is used to support the product and moves horizontally.
Key words: vibrations, milling, gear-cutting machines, experimental studies, vibroacoustic characteristics.
Kharlamov Oleg Gennadievich, postgraduate, smspal@mail. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
УДК 621.512
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-1-499-503
АНАЛИЗ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩИХ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ
КОМПРЕССОРОВ НА БАЗЕ ТИХОХОДНЫХ ДЛИННОХОДОВЫХ СТУПЕНЕЙ
С.С. Бусаров, А.В. Беликов, А.А. Капелюховский, А.А. Капелюховская
В данной статье представлены результаты анализа возможности осуществления замены компрессорного оборудования, применяемого предприятиями непрерывного цикла производства на многоцилиндровые компрессоры, состоящие из тихоходных малорасходных ступеней. Выгода в такой замене будет в отсутствии необходимости резервирования оборудования и получение агрегатов с меньшими массогабаритными характеристиками с меньшей номенклатурой запасных деталей и узлов.
Ключевые слова: длинноходовой поршневой компрессор, рабочие процессы, предприятия непрерывного цикла, массогабаритные характеристики компрессоров.
Применение сжатых газов весьма разнообразно: в различных отраслях промышленности, для частного использования. В зависимости от специфики технологии рассматриваемого производства и вида сжимаемого газа требования к конструкциям и параметрам рабочего процесса поршневого компрессора могут быть различны, один и тот же компрессор может применяться на разных производствах, а требования к нему при этом будут различны, продиктованные отраслевыми нормами [1,2].
Существуют предприятия с так называемым непрерывным циклом - это предприятия, деятельность которых невозможно временно приостановить по техническим причинам. Например, это атомные станции и нефтеперерабатывающие организации, гостиничный сервис, металлургия. На таких предприятиях оборудование обязательно имеет двух и даже трёх кратный резерв, в том числе и компрессорное оборудование, для безостановочной работы во время аварий или проведения плановых ремонтных работ.
Альтернативой существующим поршневым компрессорам среднего и высокого давления могут служить тихоходный длинноходовые компрессорные ступени [3-6]. Такие ступени близки по своим характеристикам к изотермическим, достигаемый в них показатель политропы при сжатии воздуха, составляет - 1,04...1,08[7]. Данные ступени осуществляют сухое сжатие за счёт применения современных композиций на основе фторопласта [8,9], что позволяет применять их для сжатия опасных, ядовитых газов.
Целесообразно было бы рассмотреть возможность применения таких ступеней на нефтезаводах при сжатии водородосодержащего газа с отношением давления нагнетания к давлению всасывания не более 2,5. При таких режимах работы, если учесть известные данные, коэффициент подачи для тихоходных ступеней составляет не менее 0,95 и индикаторный изотермический кпд также близок к этому значению (см. рис. 1) [4].
В связи с малой производительностью одной тихоходной компрессорной ступени (порядка 0,001 нм3/с), возникнет вопрос об увеличении производительности.
Решение данного вопроса возможно за счёт создание многоцилиндровых компрессорных агрегатов на базе разработанных тихоходных длинноходовых ступеней.
В многоцилиндровых агрегатах каждая ступень или группа ступеней имеет собственный привод, поэтому в соответствии с заранее составленным планом графиком можно выводить поочередно небольшую часть ступеней для осуществления планового ремонта, при этом производительность агрегата будет пропорционально уменьшаться. Так если рассмотреть 14 цилиндровый агрегат, представленный на рис. 2, в котором каждая из ступеней имеет свой привод, то вывод на ТО одной из ступеней уменьшит производительность на 7,2%, что невозможно сделать для существующих агрегатов. При этом, зная производственную загрузку компрессора, можно совмещать изменение производительности с плановым ТО.
Рассмотрим эффективность замены существующих оппозитных поршневых компрессоров применяемы на Омском нефтеперерабатывающем заводе АО "Газпромнефть". Примеры заменяемых компрессоров представлены в табл. 1.
Объект исследования. Многоцилиндровые компрессоры на базе тихоходных компрессорных ступеней: диаметр цилиндра - 0,05м; ход поршня 0,5 м; сжимаемый газ - водородосодержащий.
Рвс - давление всасывания, Рн - давление нагнетания, Vе - производительность при нормальных условиях, Твс - температура всасывания (данные в соответствие с табл. 1).
499
