CC BY
31
Prismatic — блок поступательного шарнира, имеющего одну степень свободы — перемещение вдоль заданной оси координат;
Joint Sensor - виртуальный датчик шарнира, блок, выходными сигналами которого являются величины линейного или углового перемещения, скорость и/или ускорение для так называемого «примитива» (отдельной степени свободы) шарнира;
Joint Actuator — блок «привода» шарнира, который прикладывает к отдельному «примитиву» шарнира заданный вращающий момент или усилие.
Принципиальная схема соединения указанных блоков «SimMechanics» для расчетной схемы автокрана (рис. 1) приведена на рис. 2.
Согласно приведенной принципиальной схеме связей была построена Simulink-модель механической системы автокрана, которая позволяет решать задачи статики, кинематики и динамики данного
объекта, исследовать его устойчивость в рабочем режиме.
Библиографический список
1. Иванченко Ф. К. Конструкция и расчет подъемно-транспортных машин. - К.: Выщашк., 1988. - 424 с.
2. Брауде В. И. Системные методы расчета грузоподъемных машин/В. И. Брауде, М. С. Тер-Мхитаров. - Л.: Машиностроение, 1985 - 181 с.
КОРЫТОВ Михаил Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология конструкционных материалов».
ЗЫРЯНОВА Светлана Анатольевна, соискатель, старший преподаватель кафедры «Информационные технологии».
УДК 621 74 042 с. Н. ЖЕРЕБЦОВ
М.В. РОМАНОВСКИЙ
ЗАО «Омский завод специальных изделий»
Омский государственный технический университет
ТЕХНОЛОГИЯ ЦЭШЛ ИЗДЕЛИЙ
ТИПА «ПЕРЕХОД»_
Предложен способ получения кольцевых заготовок изделий типа переход по ГОСТ 17378-83 методом ЦЭШЛ. Приведены технологические режимы электрошлакового переплава, указан химический состав используемого флюса, рассмотрена технология и приведены режимы центробежного литья изделия.
На предприятиях нефтехимической и газовой промышленности в магистральных трубопроводах широко используется соединительная трубопроводная арматура, подведомственная Госгортехнад-зору России, работающая в областях высоких давлений от 0,1 до 10,0 МПа и жестких климатических условий при резких перепадах температур транспортируемых агрессивных сред от -253°С до +600 "С.
Потребность современного производства в изделиях типа «Переход», выпускаемых по ГОСТ 17378-83, велика. Особо широко они используются на предприятиях нефтехимической и газовой промышленности для соединения различных по диаметру трубопроводов.
По действующей в промышленности технологии переходы изготавливают из трубных заготовок на дорогостоящем кузнечно-прессовом оборудовании, т.е. на штампах, из толстостенных кольцевых заготовок или из слитков сплошного сечения с помощью различных методов горячего передела — ковки, прошивки, прессования, раскатки. В то же время большое число промежуточных операций, сопровождающихся нагревом металла до высоких температур, и приводит к заметным потерям легирующих элементов, что и обусловливает высокую трудоемкость, высокую экономическую затратность получения заготовки с низким коэффициен-
том использования металла, который может составлять КИМ = 0,02 - 0,2. Все это говорит о том, что горячая пластическая деформация является вынужденным решением, к которому прибегают из-за низкого качества литья. Поэтому получение литых заготовок, максимально приближающихся по форме и размерам к готовому изделию, которые по качеству не уступали бы деформированным, является актуальной задачей.
Поскольку детали типа «Переход» имеют центральные сквозные отверстия, то для их изготовления большими возможностями в направлении решения этой проблемы обладает центробежное электрошлаковое литье (ЦЭШЛ). Сущность технологии заключается в электрошлаковом переплаве металла в плавильной емкости, обеспечивающей накопление жидкого металла и шлака в нужных количествах и последующей их заливки во вращающуюся литейную форму [1]. В качестве переплавляемого металла могут использоваться расходуемые электроды, сваренные из отходов производства (об-резь, вырубка, облой и т.д.). Такая технология и была использована для изготовления целого ряда переходов к трубопроводам различного назначения
Переплав расходуемого электрода осуществляли под флюсом, представляющим собой смесь фтористого кальция (СаР2) - 50%, электрокоруцда (А1 О ) —
30%, магнезита (МдО) - 9%, кремнезема (БЮ.,) -5%, окиси марганца (МпО) - 6%. Такой флюс обеспечивает рафинирование и очищение жидкого металла в плавильной емкости от серы и фосфора, защиту от вредного воздействия окружающей среды, а также обладает значительной текучестью при высокой скорости охлаждения [2].
Оборудование для осуществления этой технологии включает в себя серийную установку А-550У, плавильную емкость, заливочный желоб, центробежную машину с вертикальной осью вращения, литейную металлическую форму (кокиль). Использовали печной трансформатор типа ТШС-3000-1 с жесткой вольтамперной характеристикой источника питания.
Режимы переплава следующие. В начальный момент времени 1мл = 700-800 А, при выходе на рабочий режим 111л = 2800-2900 А. Напряжение на протяжении всего процесса переплава было постоянным и равнялось и = 40 В. Масса переплавляемого металла составила 42 кг. Время переплава — 25 мин. Масса использованного флюса — 7 кг. Начало переплава расходуемого электрода в плавильной емкости осуществлялось с жидкого старта. Охлаждение плавильной емкости на протяжении всего процесса переплава осуществлялось водой, подаваемой в охлаждающие полости центробежным насосом под давлением Р()м = 0,25 МПа, с расходом Уохл = 4,2 м3/час. Температура охлаждающей жидкости в тигле составляет на входе Т11Х оял = 10 °С, а на выходе составляет Т = 50 "С."
И1.1Х.ОХЛ
Точность получаемой отливки определяется литейной формой. Поэтому использовали составной металлический кокиль из стали 40, изготовленный методом токарной обработки кольцевых заготовок, каждая из которых повторяет часть наружной конфигурации отливаемого перехода (рис. 1).
Кокиль (литейная форма в сборе) состоит из донышка 4, на которое установлены промежуточные части кокиля 3 — боковые кольца, формирующие конусную часть перехода. Далее установлены нижняя и верхняя части кокиля 2 - верхнее и нижнее кольца, формирующие прямые цилиндрические участки присоединительных размеров перехода, и крышка 1 литейной формы. Все это устанавливается на планшайбе 5 центробежной машины, а сама планшайба крепится на валу 6 центробежной машины с вертикальной осью вращения. Далее устанавливаются прижимная плита 9, которая с помощью шпилек 7 и клиньев 8 прижимает все части кокиля к планшайбе.
При сливе жидкого расплава в кокиль под действием центробежных сил, в результате вращения литейной формы, ввиду разной плотности материалов, происходит физическое разделение (сепарация) шлакометаллической струи, на флюс и на жидкий металл, который формирует тело отливки. Флюс препятствует прилипанию (приварке) отливки к стенкам литейной формы, располагаясь тонким и ровным слоем на ее поверхности.
Скорость вращения центробежной машины определяется типоразмером перехода и изменяется от 600 - 700 об/мин в начальный момент слива металла, до 70 - 80 об/мин — в конце заливки. Повышенные скорости вращения необходимы для обеспечения качества формирования наружной поверхности перехода. Время заливки определяется массой и маркой металла и находится в пределах 10 — 30 сек. В нашем случае время заливки составляет 15 сек. По мере общего снижения температуры металла и шла-
8 9 10 11
Рис. 1. Принцшшпиальная схема кокиля для ЦЭШЛ
изделий типа «Переход» ГОСТ 17378-83: 1 - крышка; 2 - верхнее и нижнее кольца изложницы, формирующие прямые цилиндрические участки присоединительных размеров перехода;
3 - боковые кольца, формирующие конусную часть перехода;
4 - донышко; 5 — планшайба; 6 ~ вал центробежной машины;
7 - шпилька; 8 - клинья крепежные; 9 ~ прижимная плита; 10 - отливка; 11 шлаковый гарнисаж.
Рис. 2. Общий вид отливки «Переход», извлеченной из формы.
ка на поверхности отливки 10 образуется шлаковый гарнисаж 11, отделяемый от заготовки только после ее охлаждения и извлечения из литейной формы.
Конусные заготовки переходов, полученные ЦЭШЛ, удовлетворяют предъявляемым техническим требованиям завода-изготовителя на выпускаемую продукцию. Также эти заготовки для изделия «Переход» имеют высокую геометрическую точность отливки по наружному диаметру, максимально приближенную к размерам готового изделия. Так припуск под механическую обработку по наружной стороне составляет 2 — 3 мм, по высоте до 4-8 мм, по внутреннему диаметру 10—15 мм. Коэффициент использования металла при этом достигает 0,6^-0,8. Это существенно снижает металлоемкость изделия
и энергозатраты на его изготовление, а соответственно и себестоимость изделия. После механической обработки изделия «Переход» успешно прошли стендовые гидроиспытания на герметичность с испытательным давлением жидкости во внутренней полости изделия Риси= 25 Мпа. Для примера на рисунке 2 приведен общий вид отливки для перехода ГОСТ 17378-83 Ду530х 18-325x16 из стали 09Г2С.
По разработанной технологии на ЗАО «Омский завод специальных изделий» освоен выпуск литых переходов различных типоразмеров по ГОСТ17378-83, от Ду50 до Ду530 с давлением рабочей среды от Ру 0,1 МПадоРу 10,0 МПа из углеродистой марки стали 20, а также из низколегированных сталей 09Г2С, 10Г2.
Библиографический список
1. Патон Б. Е. и Медовар Б.И. Электрошлаковая тигельная плавка и разливка металла. — Киев: Наук, думка, 1988. - 214с.
2. Медовар Б. И., Цикуленко А. К., Шевцов В. Л. и др. Металлургия электрошлакового процесса. — Киев: Наук, думка, 1986. - 248 с.
ЖЕРЕБЦОВ Сергей Николаевич, генеральный директор ЗАО «Омский завод специальных изделий». РОМАНОВСКИЙ Михаил Владимирович, студент группы С-510, кафедра «Оборудование и технология сварочного производства».
удк 539.з м. А. ФЕДОРОВА
Омский государственный технический университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ ОТРЫВУ КАК ЭЛЕМЕНТ ПРОГНОЗИРУЕМОГО РОСТА ТРЕЩИНЫ
В последнее время на кафедре «Сопротивление материалов» ОмГТУ получил развитие новый подход к оценке несущей способности деталей с трещинами.
Отличие этого подхода от известных однопара-метрических критериев «Механики разрушения» заключается в том, что рассматриваются не интегральные характеристики напряжений и деформаций в окрестности трещины, а локальные характеристики напряженного и деформированного состояния материала в каждой точке по фронту трещины.
Согласно этому методу у вершины трещины с ростом нагрузок на деталь материал испытывает следующие состояния: упругое, появление пластических деформаций, развитие пластических деформаций, исчерпание пластичности и разрушение.
В зависимости от свойств материала, формы трещины и формы детали в различных зонах фронта трещины может иметь место разрушение срезом, при исчерпании ресурса пластичности и разрушение отрывом, когда пластические деформации затруднены (рис.1).
Суть нового подхода заключается в том, что в каждой точке по фронту трещины вычисляются накопленные пластические деформации и максимальные растягивающие напряжения. Если какой-либо из этих признаков достигает предельного значения, то материал в этой точке считается разрушенным.
Для осуществления этого метода необходимо определять нестандартную, редко употребляемую характеристику сопротивления материалов разрушению отрывом а,..
0 уп?
отрыв
Рис. 1.
Существующие методики определения этой величины можно разделить на три основных типа:
1. Получение хрупкого разрушения путем ударного нагружения образцов.
2. Подавление движений дислокаций за счет разрушения образцов при криогенных температурах.
3. Создание в зоне разрушения такого вида напряженного состояния, при котором движения дислокаций запрещены.
Один из вариантов, поясняющий переход материала к хрупкому разрушению иллюстрируется схемой Иоффе (рис.2).
Согласно этой схеме материал имеет не зависящее от температуры испытания сопротивление разрушению — отрыву и сильно уменьшающийся с повышением температуры предел текучести. Точка пересечений линий Б,,, и от делит схему на две температурные области: левее точки пересечения
