Методическое пособие 787

Для существования нетривиального решения, определитель этой однородной системы, составленный из коэффициентов при неизвестных должен быть равен нулю ( 0 ).

Уравнение (8) позволяет найти характеристические числа i , каждому из которых соответствует своя форма колебаний (6) и собственная частота i , определяемаяиз выражения (5).

220

Заключение. Найденные таким образом базисные функции, можно использовать для отыскания решения в виде (1) и находить собственные частоты i (критические скорости) и соответствующие формы колебаний y(x) исходной задачи.

Библиографический список

1.Михлин, С.Г. Численная реализация вариационных методов / С.Г. Михлин. - М.: 1965 – 231 с.

2.Гончаров, М.Д. Моделирование базисных функций для определения критических скоростей вращения вала турбинной секции / М.Д. Гончаров // Экологический вестник Черноземья: градостроительство, природопользование, транспорт, экономика. - 2001. – Вып. 12

-С. 70-73.

3.Гончаров, М.Д. Выбор базисных функций для расчета усиленных поперечных вибраций автономного статора турбинного забойного двигателя/ М.Д. Гончаров // Труды IV-ой международной конференции «Высокие технологии в экологии». – Воронеж, 2002. - С. 191196.

References

1. Mihlin, S.G. Numerical realization of variation methods / S.G. Mihlin. - М.: 1965

-231 с.

2.Goncharov, М.D. Basic functions modeling for determination of rotation critical speeds of turbine section’s shaft / М.D. Goncharov // Ecologic bulletin of Chernozemie: town building, nature management, transportation, economic. - 2001. - Вып. 12 -С. 70-73.

3.Goncharov, М.D. Basic functions modeling for determination of intensified cross

221

стей вращения валов карданной передачи, появление переменных ускорений, а, следовательно, и динамических инерционных сил, действующих в зацеплении. У карданных валов наиболее интенсивно изнашиваются места подвижного шлицевого соединения их участков. Скорость изнашивания на шлицевых участках валов составляет 0,08 … 0,16 мм на 1000 ч. Основными причинами повышенного износа шлицевых участков валов являются абразивное изнашивание и пластическое деформирование [1, 2, 3].

Вибрация вызываемая дефектными карданными передачами относится к числу вредных факторов, которые отрицательно влияют на оператора, управляющего машиной, но эти вибрационные процессы несут в себе информацию о дефектах возбуждающих эти процессы. Взаимосвязь параметров колебаний конструкций машины с параметрами возмущающих сил, вызванных эксплуатационными дефектами карданных передач, позволяют проводить прогнозирование характеристик вибрационных процессов и диагностирование технического состояния элементов трансмиссий СДМ.

Для получения зависимости изгибной жесткости шлицевого соединения валов карданной передачи от степени износа проводились экспериментальные исследования валов карданной передачи с различной степенью износа шлицевого соединения. Конкретно использовались валы карданных передач автогрейдера ДЗ-98В3-2, которые имеют прямобочное шлицевое соединение 16×56×65×5,0 (ГОСТ 1139-80) и расстоянием между вилками 475 мм.

Определение износа шлицевого соединения каждого из валов карданной передачи проводилось путем измерения ширины каждого шлица в трех сечениях по его рабочей длине. Результаты погрешности измерений износа шлицевого соединения каждого из валов приведены в таблице 1.

Изгибная жесткость шлицевого соединения определялась по величине прогиба вала под действием радиальной силы, приложенной в середине общей части этого соединения.

Для определения изгибной жесткости шлицевого соединения вала карданной передачи использовался стенд, за основу которого была взята лабораторная установка, имеющая нагружающее устройство (винтовой пресс) 1, обеспечивающее универсальному столу 2 осевое перемещение, и на котором установлены опорные призмы 3. Динамометрическое кольцо 6 со стрелочным индикатором 5, смонтированное в механизме установочного перемещения 7. Балку двутаврового сечения 9 со стрелочным индикатором 8, которая крепится непосредственно к исследуемой карданной передаче. Схема и общий вид стенда показаны на рисунке 1.

223

Рис. 1. Стенд для определения изгибной жесткости шлицевого соединения вала карданной передачи: а – схема; б – общий вид

Результаты экспериментальных исследований приведены на рисунке 2. Полученные экспериментальные зависимости изменения прогиба шлицевого соединения от величины приложенной радиальной силы имеют два явно выраженных линейных участка. На первом участке при изменении радиальной силы от нуля до определенного значения жесткость шлицевого соединения значительно ниже, чем на втором участке, где радиальная сила имеет более высокие значения. Такой характер зависимости объясняется тем, что при приложении радиальной нагрузки в соединении вначале происходит выборка зазоров, а также контактная деформация микронеровностей и смазочного слоя, имеющих невысокую жесткость. При дальнейшем увеличении нагрузки, после выборки зазоров происходят только изгибные деформации непосредственно шлицевых вала и втулки, имеющих значительно более высокую жесткость.

Рис. 2. Совмещенный график зависимостей прогиба вала карданной передачи е от радиальной силы Ф при различной степени износа шлицевого соединения И

224

Результаты погрешности измерений прогиба вала под действием радиальной силы каждого из валов приведены в таблице2.

Вывод. Установлено, что экспериментальные зависимости изменения прогиба шлицевого соединения от величины приложенной радиальной нагрузки имеют два явно выраженных линейных участка, на которых податливость соединения отличается на два порядка.

Библиографический список

1.Зорин В.А. Основы работоспособности технических систем / В.А. Зорин. М.: ООО

«Магистр-Пресс», 2005. 536 с.

2.Волков Д. П. Трансмиссии строительных и дорожных машин. – М.: Машинострое-

ние, 1974. – 424 с.

3.Российская энциклопедия самоходной техники в 2 т. Т. 2: Справочное и учебное пособие. – М.: Просвещение, 2001. – 358 с.

References

1.Zorin V.A. The basis of efficiency of technical systems/ V.A.Zorin. L.C. “Master’s- Press”, 2005. 536s.

2.Volkov. D.P. The transmission of building and road machines. – M. Mechanical engineering, 1974. – 424s.

3.Russian encyclopaedia of self-propelled machinery in 2v-s. V. 2: Inquiry training aids. – M.: Enlightenment, 2001. – 358 s.

225

Ю.И. Калинин, А.В. Ульянов, А.В. Середин

КРИТЕРИЙ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

В работе экспериментально показана возможность применения магнитоупругого метода, как средства для контроля ресурса металлоконструкций строительных машин. Основное внимание в статье уделено влиянию амплитуды нагружения экспериментальных образцов на интенсивность изменения магнитной проницаемости, как диагностического параметра.

Ключевые слова: магнитоупругий метод, ресурс металлоконструкций, амплитуда нагружения, диагностический параметр, магнитная проницаемость.

Yu.I. Kalinin, A.V. Uliyanov, A.V. Seredin

CRITERION FOR PREVENTING FATIGUE FAILURE

OF METAL CONSTRUCTION ELEMENTS OF LOAD-LIFTING MACHINES

The possibility of applying magnetoelastic method as a means for controlling the service life of metal constructions of load-lifting machines is experimentally shown. Primary attention has been given to the influence of the amplitude of experimental specimens loading on the intensity of changing magnetic permeability as a diagnostic parameter.

Keywords: magnetoelastic method, lifetime of metal structures, amplitude of loading, diagnostic parameter, magnetic permeability.

Предупреждение усталостного разрушения несущих элементов металлоконструкций (МК) грузоподъемных машин как опасных производственных объектов (ОПО) является важной социальной и научно-технической проблемой. В настоящее время известно большое количество методов (тензометрические, ультразвуковые, рентгеновские, акустической эмиссии и др.), позволяющих контролировать с достаточно высокой точностью напряженное состояние МК при текущих нагрузках, обнаруживать скрытые дефекты, отслеживать структурные изменения в металлоконструкциях. Однако эти методы в силу разных причин невозможно широко использовать для прогнозирования опасного порога усталостных накоплений при работе МК с переменными нагрузками. Проведенные авторами эксперименты с использованием магнитоупругого метода (МУМ) выявили возможность оценивать уровень накопления опасных изменений в стальных элементах при их циклическом нагружении. Метод достаточно прост и доступен для практического использования при диагностировании элементов стальных конструкций, отработавших нормативный срок службы.

© Калинин Ю.И., Ульянов А.В., Середин А.В., 2009

226

Целью эксперимента было определение влияния на магнитную проницаемость стального листового проката в состоянии поставки циклических нагружений различной амплитуды. Здесь необходимо отметить, что МУМ позволяет отслеживать как текущее напряженное состояние стальных элементов МК по изменению магнитной проницаемости, так и остаточные напряжения в них. В настоящем эксперименте фактически контролировались остаточные напряжения в исследуемом образце, но в качестве первичной информации использовалась магнитная проницаемость. Она и принята за контрольный показатель.

Порядок проведения экспериментальных исследований был следующим. Экспериментальные образцы (пластины с размерами 700×120×10 мм из стали 20, вырубленные на гильотинных ножницах), консольно закрепленные, подвергались симметричному изгибу с помощью электромагнитного пульсатора. При этом в поверхностном слое пластин у места их закрепления возникали напряжения растяжения-сжатия с максимальной амплитудой ± 150 МПа. При достижении 5,0·106- 5,5·106 циклов нагружений у какого-либо края пластины зарождалась трещина. В этом случае нагружение пластины прекращалось и она подвергалась обследованию магнитоупругим методом с помощью разработанного в Воронежском техническом университете прибора ИМН-4М в комплекте с датчиком, имеющим измерительную базу 5 мм. При обследовании на пластину наносилась координатная сетка с шагом 5 мм. В узлах сетки определялись амплитуда и вектор максимальной амплитуды магнитной проницаемости остаточных напряжений. Прибор для измерения магнитной проницаемости здесь использовался как инструмент диагностики. Обработка полученных результатов и их анализ показали следующее.

Циклические нагружения стального образца вызывают в его поверхностном слое необратимые изменения, приводящие к появлению остаточных напряжений, которые сопровождаются изменением магнитной проницаемости. В настоящем эксперименте не рассматривалась и не анализировалась механика и физика структурных изменений, происходящих в металле образцов под действием циклически действующих нагружений. Величина магнитной проницаемости увеличивается с увеличением амплитуды действовавших напряжений. На рисунке приведены экспериментальные зависимости магнитной проницаемости μ стального образца от амплитуды действовавших напряжений σ (МПа) для двух зон.

Рис. Экспериментальный график зависимости магнитной проницаемости стали от амплитуды действовавших напряжений при циклическом нагружении

Экспериментальный образец условно был разделен на две симметрично расположенные зоны: правую и левую. Осью симметрии служит продольная ось образца. Сплошная кривая отражает изменение магнитной проницаемости в левой зоне, в которой открылась трещина, пунктирная кривая – в правой зоне, на которую трещина не распространилась. Полученные экспериментальные данные показали, что амплитуды действовавших напряжении от 0 до 125 МПа не оказывали существенного влияния на изменение магнитной проницаемости. Рост магнитной проницаемости на этом участке составил 20 %. На участке с напряже-

227

ниями от 125 МПа до 148 МПа (показано на рисунке) увеличение магнитной проницаемости составило 200 % , а по отношению к участку с нулевой нагрузкой увеличение магнитной проницаемости составило 260 %. Уменьшение магнитной проницаемости непосредственно рядом с трещиной в зоне открытия трещины (участок с напряжениями 146-147 МПа на рисунке) очевидно связано с ослаблением межкристаллических связей и снижения остаточных напряжений из-за образования трещины. Обозначившийся экстремум магнитной проницаемости в зоне, где еще нет открытой трещины, означает достижение опасного уровня насыщения внутрикристаллических повреждений, больших остаточных напряжений, ресурс элемента практически исчерпан. Дальнейшее его периодическое нагружение приведет к сплошной трещине и поломке элемента. Таким образом, можно считать, что увеличение магнитной проницаемости нагружаемых циклическими нагрузками стальных элементов МК приблизительно в 2,5 раза по сравнению с ненагружаемыми участками, может служить диагностическим признаком и основанием для вывода машины из эксплуатации с целью ремонта или списания.

Вывод. Магнитоупругий метод в развитии может быть использован как средство диагностики металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин при экспертном обследовании для предупреждения аварийных ситуаций.

В.А. Муравьев, Д.Н. Дегтев

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАЛАНСИРОВКИ КАРДАННОГО МЕХАНИЗМА

Рассматривается новое устройство, обеспечивающее динамическую балансировку карданного механизма непосредственно на мобильной машине.

Ключевые слова: устройство, балансировка, карданный механизм, мобильная машина.

V.A. Muravуоv, D.N. Degtev

THE DEVICE FOR BALANCING OF THE UNIVERSAL JOINT DIRECTLY

A new device providing dynamic balancing of the universal joint directly on the mobile machine is being considered in this article.

Keywords: device, balancing, universal joint directly, mobile machine.

Вращающиеся звенья карданных механизмов транспортных, строительно-дорожных и других машин оказывают вредное динамическое воздействие на опоры звеньев, вызывающее вибрацию рамы машины, которая порождает шум. Для уменьшения этого воздействия выполняют динамическую балансировку карданных механизмов после их изготовления. При этом устраняется некоторая неуравновешенность механизмов, вызванная неоднородностью

© Муравьев В.А., Дегтев Д.Н., 2009

228

материала и отклонениями фактических размеров деталей от их номинальных значений. В процессе балансировки на балансировочном станке все оси вращения звеньев карданного механизма совпадают, и все звенья механизма вращаются как единое звено. Однако в реальных условиях работы на мобильных машинах карданный механизм является пространственным механизмом с вращением его звеньев в пересекающихся плоскостях. При этом угловая скорость промежуточного вала карданного механизма не является постоянной.

Авторами предложен способ динамической балансировки карданного механизма непосредственно на мобильной машине [1], при котором законы движения звеньев, расположение осей вращения и расположение масс всех звеньев карданного механизма при балансировке и при работе машины совпадают. При этом повышается точность балансировки, и уменьшаются вредные вибрации.

Известно, что полное уравновешивание вращающихся звеньев машин можно выполнить установкой на них корректирующих масс в двух произвольно выбранных плоскостях коррекции [2, с. 232]. Недостаток известных устройств для установки корректирующих масс состоит в том, что их нельзя установить или демонтировать без операций демонтажа и монтажа самого вращающегося звена. Этот недостаток неприемлем для реализации предложенного авторами способа динамической балансировки карданного механизма мобильной машины не на балансировочном станке, а непосредственно на собранной машине [1]. Поэтому разработана конструкция нового устройства [3] для балансировки карданного механизма.

На рисунке показан разрез устройства плоскостью, проходящей через ось отверстия под вал. Устройство содержит дополнительный пробный груз 1 и диск, состоящий из двух половин 2 и 3 с плоскостью разъема, проходящей через ось цилиндрического отверстия под вал. В это отверстие установлены два вкладыша 4 и 5. Для крепления диска и вкладышей на валу предназначены винты 6. В обеих половинах 2 и 3 диска имеется круговой паз, в который установлен ползун 7 с возможностью поступательного движения относительно диска. Этот паз в поперечном сечении может иметь форму, например, «ласточкин хвост».

Ползун 7 имеет резьбовое отверстие для фиксации его и пробного груза 1 с помощью винта 8 на диске. На верхнюю цилиндрическую поверхность диска нанесена шкала углового положения пробного груза в градусах.

Рис. Устройство для балансировки карданного механизма

229