CC BY
2
УДК 628.517.625.08
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-439-445
СИСТЕМА ВИБРОАКУСТИЧЕСКОИ БЕЗОПАСНОСТИ СТЕНДА ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ ЛОНЖЕРОНОВ ВЕРТОЛЕТОВ
С.А. Шамшура, Г.В. Кадубовская, Т.А. Хиникадзе, Д.Е. Каравайцев
Для рассматриваемого в работе оборудования характерно то, что для всех типов длина намного больше ширины и высоты. Это обстоятельство позволяет разработать систему шумозащи-ты с максимально возможной унификацией и ограничить поверхности элементов ограждения плоскостями и полуцилиндрическими конструкциями. Для достижения требуемой звуко-изолирующей способности варьирование размерами элементов ограждения крайне ограничено. Поэтому обеспечение требуемой акустической эффективности достигается подбором толщин элементов стенок, количеством слоев, т.е. применением "сэндвич" панелей. Поверхности элементов ограждения облицовываются вибродемпфирующими и звукопоглощающими материалами.
Ключевые слова: центробежно-ротационный наклеп, лонжероны, акустическая безопасность, ограждения.
и (3).
Звуковое давление и звуковая мощность тонких изделий определяются по зависимостям (1 и 2) т • к т • к т • к 4
т
*т • & *т •а ' ЬО-к • ^
(
В =
3 ( 2 )
д4 у —— ь
д2 4
К
sm
%к - к**1 sin р
%к -
Sin
3 ? -Ь о
т
к*1 sin р^
%к * .
--к0 sin р
I 0 Р
%к * .
--ь k0sin р
I 0 Р
83(2) д3у , д23(2) д2у , р^(2) д2у
д2 д23
д22 д22
Е д12
= 0.
(1)
(2)
(3)
Таким образом задача расчета акустических характеристик источников также сводится к определению собственных частот колебаний и виброскоростей на этих частотах. Полученные зависимости [13] виброскоростей для изделий типа балок и оболочек для указанных видов обработки, особенностей приложения технологической нагрузки и способов закрепления и динамических испытаний имеют идентичную структуру. Отличие их заключается в количестве слагаемых, аргументах тригонометрических функций времени и координаты, разложении и по собственным модам колебаний и в ряд Фурье, или только по собственным модам.
Эти различия с точки зрения вычислительного процесса не являются принципиальными, что и позволяет для акустических расчетов подобных изделий применить единый методологический подход. Методика расчета проиллюстрирована на примере высокочастотного импульсного упрочнения трубы лонжерона вертолета.
Алгоритм расчета уровней шума лонжерона, заключается в том, что способы закрепления этого изделия и соотношение жесткости опор и изгибной жесткости лонжерона позволяют рассматривать такое изделие как совокупность нескольких двух опорных балок или оболочек. В связи с тем, что исследуемое изделие можно интерпретировать и как балку и как тонкостенный стержень с замкнутым профилем (оболочку) ниже будут приведены расчеты собственных частот и виброскоростей в двух вариантах: как балки и как тонкостенной оболочки [10, 11, 12].
Расчетная схема элементов сечения и моментов инерции участков трубы лонжерона показана на
рис. 1.
Характеристики первого участка по средним размерам сечения в зависимости от продольной координаты 2г приведены в табл. 1.
Характеристики первого участка по средним размерам сечения
Участок Название Характеристика
I Участок переменного сечения От прямоугольника 220х285 мм с толщиной стенки 9,7 мм до круга 0141 мм с толщиной стенки 5,55 мм
II Переходной участок От 0141 мм с толщиной стенки 5,55 мм до «капли» с толщиной стенки 3.7 мм
III Профиль постоянного сечения Профиль типа «капля» с толщиной стенки 3,7 мм
14100
I участок
Рис. 1. Схема участков заготовки
Таблица 1
Размеры сечения на первом участке, мм_
11 Сечение Толщина стенки
0-155 285x220 9,70
305 250x240 5,00
535 0191,0 4,55
590 0177,0 4,85
650 0165,8 4,8
715 0161,3 5,40
1020 0143,2 5,6
1190 0141,0 5,55
2000 0141,0 5,55
Вычисление моментов инерции сечения: Для полого прямоугольника:
X
<
л
т
Ту
в
к
моменты инерции
_ ВН3 - (В - 25)(Н - 25)3; _ НВ3 - (Н - 25)(В - 25)3;
12
12
площадь сечения
^ _ 25 (Н + В - 25).
440
5
Ь
Для круглого сечения:
Y
моменты инерции
площадь сечения
JX = JY =
nD4
64
1 -
F = ■
nD2
1 -
d_ D
4 Л
4
Результаты расчета по приведенным формулам сведены в табл. 2.
Моменты инерции и площади сечения на первом участке
Таблица 2
Zi, мм Jx1, м4 JY1, м4 F1, м2
305 47,54-10-6 44,66-10-6 2,104-10-3
535 11,588 10-6 2,665-10-3
590 9,725-10-6 3,334-10-3
650 7,873-10-6 2,428-10-3
715 8,045-10-6 2,645-10-3
775 7,338-10-6 2,766-10-3
1020 5,739-10-6 2,421-10-3
1190 5,425-10-6 2,362-10-3
2000 5,425-10"6 2,362-10-3
Аппроксимации, полученные и помощью стандартного математического обеспечения Matead: JX1 = 106exp (6,776 - 12,51z + 9,898z2 - 2,457z3) м4;
JY1 = 10-6exp(6,590 -1,197z + 9,41z2 - 2,327z3) м4;
F = 10-3 (13,66 -89,65z + 252,5z2 -316,3z3 + 178,4z4 -36,47z5) м2; Расчет геометрических размеров:
Для третьего участка с постоянным сечением («капля») заданы R1, R2, 5, H и B. Участок профиля DE является плазовой кривой. Однако, для вычисления характеристик сечения примем, что DE -есть дуга окружности, сопряженная с дугами R¡=28,4 и Дг=15,5. Из рис. 2 и с учетом конкретных размеров найдем:
R3 = 355.915 мм, а = 7°53'26", р = 17038'11".
Площадь сечения: F2 = 1.5775 -10 3 м2.
Рис. 2. Функциональная схема проведения испытаний на стенде
Расчет осевых моментов инерции для сечения типа «капля», левая часть которого состоит из двух типов секторов, показана на рис 3:
- верхний симметричный сектор с углом раствора (я-2а) и радиусом К\,
- нижний симметричный сектор с углом раствора (я-2Р) и радиусом Я2;
- центральные секторы с углом раствора (а+Р) и несимметричные относительно оси Х.
Тогда момент инерции сечения трубы (не выписывая в виду громоздкости и не принципиальности характера формулы) определяется:
^X3 = ^ХЦ1 + ^ХЦ2 + 2^X3; ^У3 = ^УЦ1 + ^УЦ2 + 2^У3'
Зх 3 = 4,5889 • 10~6м4, 3Т 3 = 20,171 • 10~6м4.
A
Рис. 3 Расчетная схема участка типа «капля» (левая часть)
Характеристика второго участка с переходом от круглого к каплевидному сечению сведены в
табл. 3.
Для зоны 2010<Z<6500 (табл. 2) с помощью стандартных программ системы Matead были получены следующие аппроксимации (Z2 в метрах):
Jx2 = ю-6 [4,5378 + 5,22868z2 - 0,367657z22 ] м4; Jy2 = 10-6 [4,87816 -1,96517z2 + 0,429416z22 ] м4;
F2 = 10-3 [0,9642 + 0,04223z2 + 0,01537z22] м2.
Точность аппроксимации 0^7%. Расчет собственных частот и соответствующих им форм колебаний для балки постоянного сечения:
Собственные частоты колебаний заготовки связаны с формой колебаний, удельной массой и жесткостью известной зависимостью [14], которая позволяет определить номера форм колебаний, соответствующих тем или иным октавным полосам спектра и далее найти виброскорости, соответствующие этим октавным полосам:
= ^1 EJ Гц
Ji \ ' 21 у m0
где k - форма колебаний (k = 1, 2, 3, ...); I - длина балки, м; Е - модуль упругости первого рода для материала балки, Па; J - осевой момент инерции сечения балки, м4 (Jx - для колебаний направленных относительно оси Х и Jy - соответственно относительно оси Y), m=pF, кг/м, где р - плотность материала балки, кг/м3, F - площадь поперечного сечения, м2.
Таким образом, исходными данными для расчета собственных частот и соответствующих им номеров форм колебаний являются упругие и геометрические характеристики балки: I, E, Jx (JY), р, F.
Диапазоны частот, соответствующие октавным полосам, также как и среднегеометрические значения частот в этих полосах определены стандартом и представлены в табл. 4.
Таблица 3
Характеристики сечений в переходной зоне.
Z1, мм Z2, мм JX2, м4 Jy2, м4 F2, м2
2010 10 5,053344- 10-6 5,008346- 10-6 0,927-10-3
2500 500 6,479517- 10-6 3,950621- 10-6 0,9888 - 10-3
3000 1000 8,647237- 10-6 3,218096 - 10-6 1,0457- 10-3
3500 1500 11,201411-10-6 2,790036 - 10-6 1,0968 - 10-3
4000 2000 13,840755-10-6 2,627324- 10-6 1,14221-10-3
4500 2500 16,29828 - 10-6 2,693726 - 10-6 1,1819- 10-3
5000 3000 18,341301 -10-6 2,954949 - 10-6 1,21591 -10-3
5500 3500 19,771434-10-6 3,378363- 10-6 1,24419 -10-3
6000 4000 20,424597-10-6 3,932882 - 10-6 1,26675 -10-3
6500 4500 20,17101- 10-6 4,588921- 10-6 1,5775 - 10-3
7700 5700 20,17101- 10-6 4,582921- 10-6 1,5775 - 10-3
Таблица 4
Стандартные среднегеометрические и граничные значения частот в октавных полосах, Гц
№ полосы, Гц fi min fi ср.геом fi max
1 22,4 31,5 45
2 45 63 90
3 90 125 180
4 180 250 355
5 355 500 710
6 710 1000 1400
7 1400 2000 2800
8 2800 4000 5600
9 5600 8000 11200
Алгоритмы предусматривают расчеты собственных частот и форм колебаний в октавных полосах частот при колебаниях относительно осей Х и Y с учетом того, что осевые моменты инерции по этим осям различны.
Список литературы
1. Стрельченко С.Г. Шумозащитное ограждение установки центробежно-ротационного вибронаклепа // Известия ИУИ АП. №1, 2004. С. 24-34.
2. Стрельченко С.Г., Чукарин А.Н., Шамшура С.А. Обеспечение безопасности защиты трубы лонжерона при центробежно-ротационном наклепе // Известия ИУИ АП.- №1(4), 2005. С. 3-9.
3. Кудрявцев И.В. Основы выбора режимов упрочнения поверхностным наклепом ударным способом // повышение долговечности деталей машин поверхностным наклепом. Тр. ЦНИИТМАШ. М., 1965. Вып. 108. С. 3-27.
4. Кудрявцев И.В. Современное состояние и перспективы развития методов повышения прочности и долговечности деталей машин с поверхностным пластическим деформированием // Вестник машиностроения 1970, №1.
5. Кудрявцев И.В., Рыманова Е.В. Влияние структурных факторов и наклепа на чувствительности сталей и концентраций при циклических нагрузках. Сборник ЦНИИТМАШ 1965, №5.
6. Матюхин Е.В. Исследование процесса виброударного упрочнения металлообрабатывающего инструмента: Автореф. дис...канд. техн. наук: 05.02.08. М., 1979. 23 с.
7. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхности пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 152 с.
8. Прокопец Г.А., Мул А.П., Мишняков Н.Т. Теоретико-вероятностный анализ формирования микрорельефа поверхности при ВиУО // Вопросы вибрационной технологии: Межвуз. сб. науч. тр. Ростов н/Д, 1993. С. 27-36.
9. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. М.: Машиностроение, 1974. 134 с.
10 Wassgren C.R. Jr. Vibration of Granular Materials. Ph. D. Thesis, California Institute of Technology, 1997, 185 p.
11 Проскорякова Ю.А. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя при центробежной обработке деталей // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии им. П.А. Соловьева. Рыбинск, 2007. № 1. C. 195-197.
12 Проскорякова Ю.А. Повышение эффективности технологических процессов центробежной обработки деталей // Перспективные направления развития технологии машиностроения и металлообработки: материалы междунар. науч.-техн. конф. Ростов н/Д, 2008. Т.1. С. 89-94.
13 Шамшура С.А. Влияние основных технологических параметров на остаточные напряжения поверхностного слоя при виброударном упрочнении лонжеронов // Вопросы вибрационной технологии: Межвуз. сб. науч. тр. Ростов н/Д, 2004. -№4. С. 190-193.
14 Иванов Н.И., Никифоров А.С. Основы виброакустики. СПб.: Политехника, 2000. 482 с.
Шамшура Сергей Александрович, д-р техн. наук, первый заместитель управляющего директора по реализации стратегии развития, реформированию и инвестициям, Россия, Ростов-на-Дону, ПАО «Роствертол»,
Кадубовская Галина Викторовна, старший преподаватель, bgv. rostov1 @yandex. ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Хиникадзе Тенгиз Анзориевич, канд. техн. наук, доцент, nikarostov@bk.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения,
Каравайцев Дмитрий Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный университет путей сообщения
VIBROACOUSTIC SAFETY SYSTEM OF THE STAND FOR VIBRA TION SHOCK HARDENING
OF HELICOPTER SPARS
S.A. Shamshyra, G.V. Kadubovskaya, T.A. Hinikadze, D.E. Karavajcev
For the equipment that is considered in the work, it is characteristic that for all types the length is much greater than the width and height. This makes it possible to develop a noise protection system with maximum unification and limit the surfaces of the fence elements to planes and semi-cylindrical structures. In order to achieve the required sound-isolating ability, the selection of the dimensions of the fence elements is limited. Therefore, ensuring the required acoustic efficiency is achieved by selecting the thicknesses of the wall elements, the number of layers, i.e. the use of "sandwich" panels. The surfaces of the fence elements are covered with vibration damping and sound-absorbing materials.
Key words: centrifugal-rotary tilt, spars, acoustic safety, fences.
Shamshyra Sergey Aleksandrovich, doctor of technical sciences, First Deputy Managing Director for Implementation of Development Strategy, Reform and Investments, Russia, Rostov-on-Don, Rostvertol PJSC,
Kadubovskaya Galina Viktorovna, senior lecturer, bgv.rostov1@yandex.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Railway Transport,
Hinikadze Tengiz Anzorievich, candidate of technical sciences, docent, nikarostov@bk.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State University of Railway Transport,
Karavajcev Dmiyriy Evgenevich, candidate of technical sciences, docent, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University
