Исходные данные

Уровни факторов	Обозначение	t,K	P,H	Tв,мин
		Х1	Х2	Х3
Основной	0	600	700	100
Интервал варьирования		300	600	80
Верхний	+1	900	1300	180
Нижний	-1	300	100	20

Первый этап планирования для получения математической модели основан на варьировании факторов на двух уровнях. Условия эксперимента записываются в виде матрицы (табл. 2), где строки соответствуют различным опытам, а столбцы - значениям факторов.

Таблица 2

Матрица планирования

Опыт	Х0	Х1	Х2	Х3	Х12	Х13	Х23	Х123	YV
1	+	-	-	-	+	+	+	-	403
2	+	+	-	-	-	-	+	+	360
3	+	-	+	-	-	+	-	+	129
4	+	+	+	-	+	-	-	-	52
5	+	-	-	+	+	-	+	-	398
6	+	+	-	+	-	+	-	-	227
7	+	-	+	+	-	-	+	-	234
8	+	+	+	+	+	+	+	+	44

В качестве математической модели процесса выберем неполный кубический полином без квадратичных эффектов взаимодействия Для вычисления коэффициентов модели воспользуемся простой формулой для расчета

,

где Y_V - средний отклик, X_iv - кодированное значение фактора.

После нахождения всех коэффициентов модели стало известно, что:

b₀=230.96 b₃=-4.96 b₂₃=29.46

b₁=-60.29 b₁₂=6.54 b₁₂₃=1.88

b₂=116.13 b₁₃=-30.04

Проверка значимости коэффициентов проводится независимо. Для этого используется t-критерий Стьюдента:

,

где b_i - коэффициент регрессии, S - квадратичная ошибка коэффициента регрессии. Для нашей задачи получаем:

t₀=77.16 t₃=1.66 t₂₃=9.84

t₁=20.14 t₁₂=2.19 t₁₂₃=0.63

t₂=38.8 t₁₃=10.04 t_кр=1.62

Если t_i>t_кр, то гипотеза о не значимости коэффициентов отвергается и коэффициент b признается значимым. Исходя из этой гипотезы, коэффициент b₁₂₃ признается незначимым.

Преобразуем полученную математическую модель в модель с натуральными переменными с помощью формулы

,

где x _j - кодированное значение фактора, x _j - натуральное значение фактора, I_j- интервал варьирования.

Итак, математическая модель, включающая все значимые коэффициенты регрессии, в натуральных переменных принимает вид функции:

y=-934.44-10.37*X₁+29.49*X₂+0.85*X₃-0.26*X₁*X₂-0.24*X₁*X₃+0.24*X₂*X₃

Проверка адекватности состоит в выяснении соотношения между дисперсией адекватности S_ад² и дисперсией воспроизводимости. Проверка гипотезы об адекватности модели производится с использованием F-критерия Фишера:

Т.к. F<F_кр,, следовательно, полученная модель адекватно представляет объект.

Для определения оптимума модели воспользуемся движением по градиенту, т.к. наиболее короткий путь к точке экстремума - направление градиента функции отклика. Градиент непрерывной функции представляется в виде

,

где - обозначение градиента, - частная производная по i-му фактору, i,j,k - единичные векторы в направлении координатных осей. Изменяя независимые переменные пропорционально величине коэффициентов регрессии, нужно двигать в направлении градиента функции по самому короткому пути.

Составляющие градиента для факторов:

b₁*I₁=-13.0

b₂*I₂=36.9

b₃*I₃=5.3

где I_j - интервал варьирования фактора.

В результате крутого восхождения определены следующие режимы термообработки : нагрев со скоростью 310-330 К/мин до температуры 444 К, выдержка в течении 104 мин, обеспечивающая выравнивание эпюры изгибающих напряжений. Далее следует охлаждение с минимально возможной скоростью. Растягивающее усилие составило 1092 Н. Отклонение от прямолинейности находится в пределах допуска. Оптимальные режимы правки установлены для всей номенклатуры полученных профильных элементов.

Таким образом, разработанная методика позволяет, имея определенный набор варьируемых параметров, получить оптимальный режим термофиксации профилей.

Литература

1. Жилкин В.З., Кирпичев Ю.В. Роликовая головка / Деформация металлов в многовалковых калибрах : Тез. докл. Всес. науч. - техн. конф., Магнитогорск, 1987.- 60 с.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.П. Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.- М.: Наука, 1976.- 280 с.

Воронежский государственный

технический университет

УДК621.735.34.001.24

Е.А. Балаганская

упрочнение поверхностного слоя

при деформирующем протягивании толстостенных заготовок.

Деформирующее протягивание толстостенных заготовок осуществляется с малыми натягами. максимальные деформации локализуются в поверхностном слое с глубиной порядка ширины контакта. Деформированное состояние в этой зоне не зависит ни от обрабатываемого материала, ни от числа циклов обработки, а определяется лишь геометрией рабочей части инструмента /1/. Надежность деталей машин, обработанных таким способом, в значительной степени определяется процессом деформационного упрочнения, который характеризуется распределением накопленной деформации по глубине поверхностного слоя. При больших степенях деформаций поверхностный слой становится дефектным и его надо удалять, например электроэрозионной обработкой. Эксперимент показывает, что разрушение начинается с поверхностных микротрещин с последующим «шелушением » поверхности. Для последующих операций термического упрочнения необходимо обеспечить оптимальную величину =0,3. Поэтому, для обеспечения качества поверхности обрабатываемого отверстия толстостенной заготовки, при проектировании технологической операции необходимо знать закономерность изменения накопленной деформации по глубине этой поверхности. Для этого деформированное состояние поверхностного слоя исследовалось методом визиопластичности с использованием делительных сеток /2/. Эксперименты проводили при углах конусности инструмента = 5 и 10. Анализ полученных делительных сеток показал, что изменение углов наклона линий тока (S-линии) имеет свою закономерность не только в направлении оси заготовки - углы , но и в поперечном направлении (L-линии) - углы . Для расчета деформированного состояния вычислялись относительные скорости течения материала с учетом закономерностей изменения углов и :

, ,

где - расстояние от оси заготовки до S- линии, а индекс - обозначает соответствие начальной точке.

Обработка экспериментальных данных проводилась методом конечных разностей. После вычисления рассчитывалась интенсивность скоростей деформаций и накопленная деформация . Вычисления проводились на ЭВМ. По результатам построены графики изолиний относительных скоростей течения материала (рис.1,а) и изолиний накопленной деформации (рис.1,б).

Анализ полученных данных показал, что наибольшая интенсивность деформаций приходится на начало контакта и достигает 70-80 %, т.е. процесс деформации начинается во вне контактной зоне. На выходе из зоны контакта также наблюдается пик . По мере углубления в зону локальных деформаций уменьшается.

По результатам расчета получены универсальные безразмерные кривые изменения накопленной деформации от относительной глубины слоя заготовки, где - глубина слоя,  - натяг инструмента на диаметр обрабатываемого отверстия (рис.2). Интерполируя данные кривые, получили зависимости для расчета на глубине в зависимости от (от 4 до 12) и натяга :

(4.34)

при ; (1)

при . (2)

Рис.1. Графики изолиний: а) – относительных скоростей течения

материала ; б) – накопленной деформации при обработке

заготовки инструментом с =10.

Рис.2. Универсальные зависимости от глубины слоя заготовки ,

отнесенного к натягу на диаметр : 1 – для деталей обработанных

инструментом с ; 2 – для деталей, обработанных

инструментом с .

Установлено, что область с максимальной накопленной деформацией не ограничивается поверхностным слоем, а распространяется на некоторую глубину . Используя зависимости (1) и (2) можно определить зону накопления дефектов по заданному параметру и толщину слоя , имеющего недопустимый наклеп, который надо удалить.

применяя принцип суперпозиции при много цикловом деформирующем протягивании /3/ – суммирование за каждый цикл обработки, задаваясь требуемым значением упрочнения поверхностного слоя на определенной глубине, можно определить число циклов и задать технологические параметры упрочнения на каждом из них.

Таким образом, на основании проведенных исследований получен инженерный способ определения рациональных технологических режимов, позволяющий получить требуемые параметры качества по параметрам деформационного упрочнения. Они могут быть использованы в инженерной практике.

Литература

1. Цеханов Ю. А. Механика деформирующего протягивания как научная основа оценки качества деталей и работоспособности инструмента с износостойкими покрытиями. Дисс. …докт. техн. наук. Воронеж – 1993.

2. Зайцев Д. Е., Дель В. Д., Дель Г. Д. Напряженное состояние при деформирующем протягивании//Вестник машиностроения.-1973.-№6-С.34-36.

3. Розенберг О. А. Механика взаимодействия инструмента с изделием при деформирующем протягивании. – Киев: Наукова думка, 1981.- 288 с.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.9.06-229

В.П.Кузовкин, А.И Болдырев, А.В. Кузовкин

ТОЧНОСТЬ ПЕРЕНАЛАЖИВАЕМОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

ОСНАСТКИ МНОГОКРАТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ

В статье рассматривается влияние жесткости и точности взаимного расположения деталей в различных конструкциях переналаживаемой технологической оснастки многократного применения на качество и точность обработки деталей машин.

Переналаживаемая технологическая оснастка многократного применения включает в себя универсально-сборные, сборно-разборные, универсально-наладочные, специализированно- наладочные, а также ряд других систем приспособлений. Они различаются принципом фиксации деталей приспособлений ("шпонка – паз", "цилиндрический палец- отверстие"), наличием только отдельных деталей или целых узлов с разной степенью механизации, количеством и номенклатурой деталей и узлов в комплекте и др. Главное достоинство всех этих систем оснастки состоит в возможности быстро и без дополнительной механической обработки собирать различные конструкции приспособлений для разных операций и деталей, что очень важно в опытном, единичном, мелкосерийном, а иногда и в серийном производствах. Однако такие приспособления могут давать не всегда достаточные качество и точность выполняемой операции ввиду того, что взаимная фиксация деталей приспособлений по приведенным выше схемам происходит при гарантированном зазоре, что приводит в свою очередь к недостаточной точности фиксации деталей и узлов приспособлений и их недостаточной контактной жесткости. Так, например, несмотря на то, что шероховатость поверхности установочных деталей и узлов различных систем переналаживаемой оснастки не превышает 0,16 …0,63 мкм, а шпоночные и штифтовые соединения выполняются в пределах допусков на обработку по посадке H7/h6, при соединении только двух стыкуемых деталей возможно появление зазора, равного 0,031 мм (размер паза 12^+0,019 мм, а размер шпонки 12_{– 0,012} мм). При сборке компоновок приспособлений слесари – сборщики обеспечивают путем индивидуальной подгонки необходимую точность. Однако при эксплуатации зазоры в элементах фиксации могут перераспределяться в результате механического и коррозионного износа поверхностей деталей приспособлений, действия статических и динамических сил (силы закрепления и резания) и вибраций. Это приводит к тому, что, например, максимальная величина суммарного зазора в пяти элементах фиксации УСП-12 может достигать 0,29 мм /1/.

В связи с изложенным целесообразно перед использованием той или иной конструкции переналаживаемого приспособления многократного применения на определенной операции оценить его точность и жесткость.

Точность приспособления может быть оценена точностью базовых поверхностей установочной детали приспособления как замыкающего звена размерной цепи. Решение уравнения этой цепи теоретико-вероятностным методом позволяет учесть законы распределения отклонений размеров деталей и узлов приспособлений при их изготовлении и случайный характер составляющих погрешностей. При этом угловые ошибки составляющих звеньев (перекосы осей и плоскостей) и векторные ошибки (параллельное смещение осей и плоскостей) суммируются приведением перекосов осей и плоскостей к векторному виду в плоскости замыкающего звена через передаточные отношения /2/:

, (1)

где e_(x) - половина допустимого смещения установочной поверхности базовой детали приспособления в направлении получения точного размера обрабатываемой детали как замыкающего звена размерной цепи;

K_(x) - коэффициент относительного рассеивания замыкающего звена;

A_i, K_i, e_i - принятое за скалярную величину наибольшее произведение одной из векторных величин e_i на свое передаточное отношение и коэффициент относительного рассеивания K_i ;

K_x - приведенный коэффициент относительного рассеивания, одинаковый для всех звеньев размерной цепи.

Коэффициент K_ рассчитывается по формуле:

(2)

Для каждого звена необходимо определить характеристики распределения производственного допуска при обработке присоединительных поверхностей фиксируемых деталей приспособления.

Погрешности, вызываемые деформацией конструкции приспособления, могут составлять значительную часть погрешности обработки устанавливаемой в нем детали. Приспособления испытывают деформации двух видов: 1) деформацию самих деталей приспособления (изгиб и скручивание); 2) деформацию поверхностных слоев этих деталей, которыми они контактируют в местах соединения друг с другом. Деформациям 1-го вида противостоит объемная жесткость, а деформациям 2-го вида – контактная жесткость. Методы определения этих видов жесткости различны.

Объемная жесткость (податливость) определяется по зависимостям курса сопротивления материалов с учетом составляющих сил резания, геометрических размеров и свойств материалов деталей приспособления.

Контактная жесткость (податливость) в стыках также определяет деформации в местах приложения сил. Контактная деформация зависит от численного значения и вида нагружения, величины и распределения давлений, величины зазоров в стыках, точности обработки и размеров сопрягаемых деталей приспособлений. Упругое контактное перемещение деталей приспособления под действием силы Р, приложенной на некотором удалении от конца стыка, можно определить из выражения:

(3)

где  - угол поворота в стыке, мкм/мм.

Перемещение установочной детали приспособления, куда устанавливается обрабатываемая деталь, под действием нагружающей силы Р может быть определено из выражения:

, (4)

где Р- нагружающая сила (сила резания, сила закрепления и т.п.), Н;

l_i - длина ( высота) -го элемента приспособления, мм;

J_i - осевой момент сечения -го элемента приспособления, мм ;

n - число элементов;

Е - модуль продольной упругости, Е=2,1 10² гПа;

_i/M - угол поворота (податливость) i-го соединения, 1/(kH м).

Податливость различных видов соединений элементов приспособлений зависит от точности изготовления, размеров и конструкции соединений, а также направления действия внешней силы, нагружающей соединение и измеряется в углах поворота, отнесенных к нагружающему элементу М = Р l.

В случае, если погрешность рассматриваемого переналаживаемого приспособления многократного применения в результате недостаточной точности взаимного базирования и контактной жесткости его деталей превышает 20% допуска на обрабатываемый размер детали, возможны следующие пути снижения этой погрешности. Изменение конструкции приспособления с целью использования меньшего количества деталей или применения вместо отдельных деталей заранее собранных и отрегулированных узлов как с ручным, так и механизированным приводами; снижение режимов обработки и в первую очередь глубины резания и подачи, т.к. они в наибольшей степени определяют величину усилия резания; переход от переналаживаемого приспособления к специальному неразборному приспособлению.

Литература

1.Переналаживаемая технологическая оснастка. В.Д.Бирюков, А.Ф.Дов-

женко и др.; Под общ. ред. Д.И.Полякова.-М.:Машиностроение, 1988.-256с.

2. Справочник инструментальщика. И.А.Ординарцев, Г.В.Филиппов и др.: Под общ. ред. И.А.Ординарцева.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987.- 846с.: ил.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.9.029(083)

В.П. Кузовкин, В.П. Смоленцев, А.В. Кузовкин

РАЦИОНАЛЬНАЛЬНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ, ИСПЫТАНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ И ПРИСПОСОБЛЕНИЙ

В статье рассмотрены принципы рациональной эксплуатации, испытания и ремонта техоснастки, обеспечивающие высокопроизводительное и качественное выполнение операций обработки, сборки и контроля при их наименьшей себестоимости.

Затраты на технологическую оснастку и приспособления в себестоимости продукции предприятий достигают 20% и более /1/. Значительное снижение этих затрат можно достичь рациональной эксплуатацией и многократным восстановлением технологической оснастки. Наряду с этим, особенно при подготовке производства новых изделий, важна оценка качества, работоспособности и возможной производительности оснастки, которую можно определить в процессе ее испытания.

Рациональная эксплуатация технологической оснастки и приспособлений предполагает такое их использование, при котором обеспечивается высокопроизводительная обработка, сборка и контроль деталей и узлов машин с требуемой точностью и качеством выполнения этих операций при минимальных затратах.

Для обеспечения такой эксплуатации необходимо соблюдение следующих основных требований:

• использование только той техоснастки, которая предусмотрена для данной технологической операции и перехода соответствующей технологической документацией;

• эксплуатация оснастки на режимах, обеспечивающих ее оптимальный износ ,производительное и качественное выполнение операций;

• соответствие материала и технических требований на заготовки обрабатываемых деталей указанным на чертеже;

• состояние используемого оборудования должно обеспечивать нормальную работу техоснастки;

• рабочие должны иметь необходимые навыки правильного обращения с используемой оснасткой;

• наличие соответствующего контроля за правильным использованием, экономным расходованием и сохранностью оснастки со стороны технических служб и администрации цеха и всего предприятия.

Рациональную эксплуатацию технологической оснастки на предприятии обеспечивают отделы главного технолога и главного механика, технического контроля, инструментальный отдел. На крупных предприятиях при большом количестве сложной оснастки целесообразно организация специальной службы технического надзора за эксплуатацией оснастки.

Технический надзор за эксплуатацией оснастки может быть первичным и общим инспекторским. Первичный надзор осуществляется на рабочих местах самим рабочим, а также бригадирами, мастерами и технологами. Задачами такого надзора являются: осмотр оснастки перед началом и в процессе эксплуатации; оценка режимов обработки изделий и назначение в случае необходимости режимов, исключающих повышенные вибрации, удары, нагрев и прочие явления, под действием которых оснастка разрушается или понижается ее точность. При этом производительность труда должна соответствовать заданной. Кроме этого при первичном техническом надзоре оценивается состояние используемого оборудования, энергоносителей(пара, сжатого воздуха, рабочих жидкостей и т.п.), инструмента и заготовок с точки зрения сохранности и долговечности оснастки; проверка знаний правил использования эксплуатируемой оснастки и оказание помощи рабочим, например, путем демонстрации приемов работы; выборочный контроль качества изделий и заключение о пригодности используемой оснастки; контроль графиков планово-предупредительного ремонта оснастки (ППРО), межремонтного обслуживания и ее проверки на технологическую точность; контроль выполнения правил хранения оснастки на рабочих местах; контроль состояния и комплектности оснастки перед ее возвратом с рабочих мест на постоянное место хранения в кладовой; определение степени виновности работников в случае преждевременного выхода оснастки из строя.

Общий инспекторский технический надзор осуществляют работники службы технического надзора за эксплуатацией оснастки или инженер отдела главного механика, технолога и т.д. Задачами инспекторского технического надзора являются: проверка выполнения задач первичного технического надзора и оказание при этом соответствующей методической, технической и административной помощи; периодический контроль за соблюдением правил хранения оснастки на постоянных местах в кладовых, на складах, базах проката и т.п. и за выполнением соответствующими службами мероприятий по испытанию оснастки; проведение необходимых расчетов; составление и выдача заданий на выполнение и анализ результатов выполнения графиков ППРО, межремонтного обслуживания и проверки технологической точности оснастки; разработка инструктивных и руководящих технологических документов, содержащих общие и специальные правила эксплуатации оснастки; оценка необходимости изготовления или приобретения новой оснастки взамен отработавшей; разработка стойкостных и ремонтных нормативов, за исключением тех, которые устанавливаются проектантами оснастки, и определение норм расхода оснастки на основании этих нормативов; участие в работе тарифно-квалификационной комиссии для проверки знаний и навыков по правильной эксплуатации оснастки у работников, претендующих на присвоение очередного тарифного разряда; разработка мероприятий по сокращению расхода оснастки, запасных деталей и узлов и контроль за их реализацией; выяснение причин выхода оснастки из строя; составление актов экспертизы, рекламаций, предписаний о наказании виновных; организация и проведение инвентаризации оснастки.

Проверка технологической точности производится у всей оснастки, от состояния которой зависят окончательные размеры и точность детали. Основными критериями оценки состояния и технологической точности являются: возможность получения при использовании оснастки заданной технологической точности обрабатываемой детали; состояние всех органов управления и зажимных устройств; наличие дефектов (задиры, коррозия, трещины, следы износа, выбоины и другие повреждения на базовых, фиксирующих и рабочих элементах оснастки и т.п.), вызывающих преждевременный выход оснастки из строя; возможность правильный ориентации и крепления оснастки на станке. Контроль проводится в соответствии с годовыми графиками проверки, устанавливаемыми раздельно по выпускаемым изделиям, и непроверенная оснастка не должна выдаваться на рабочее место. Основанием для составления таких графиков служат категории ремонтной сложности оснастки. Годовые графики являются основными документами для разработки системы ППРО.

Система ППРО является комплексом организационно-технических мероприятий по техническому надзору за эксплуатацией, уходу за технологической оснасткой и ремонту, направленных на предотвращение износа оснастки, аварий, случайных отказов, с целью поддержания постоянной эксплуатационной готовности при заданных надежности, долговечности, точности, жесткости и производительности /2/. ППРО целесообразно осуществлять для следующих видов технологической оснастки: приспособлений и принадлежностей к металлорежущим станкам; слесарно-сборочных и сварочных приспособлений; штампов и пресс-форм всех видов; приспособлений для испытаний; металлических моделей и кокилей. Основными нормативами в системе ППРО являются трудоемкость отдельных видов ремонта оснастки, структура ремонтного цикла и межремонтного периода. При разработке структуры ППРО для каждого конкретного типоразмера оснастки необходимо учитывать, что с возрастанием количества ремонтов растет фактическая трудоемкость каждого последующего ремонта и это приводит к тому, что стоимость ремонта становится выше стоимости изготовления. Оптимальной является такая структура ремонтного цикла, в которой общее количество ремонтов по возможности наименьшее и количество малых ремонтов превышает количество средних, а капитальным ремонтам подвергается только сложная и дорогостоящая оснастка.

Система испытания технологической оснастки представляет собой комплекс мероприятий по первичной проверке работоспособности, технологической точности, производительности и безопасности оснастки, проводимых в процессе подготовки производства новой техники с целью ликвидации потерь времени на их освоение. При этом могут быть использованы децентрализованная и централизованная формы организации системы испытания. В первом случае испытание производится на том оборудовании, где эта оснастка будет в дальнейшем эксплуатироваться. Однако при этом происходит дополнительная загрузка оборудования производственных цехов; процесс испытания совпадает с процессом внедрения технологии, что удлиняет сроки подготовки производства; испытание, как правило, проводится без участия конструкторов оснастки и при обнаружении недоработок в процессе испытания оснастку возвращают в цех, где она была изготовлена, или устраняют их в производственном цехе. В результате этого на испытание затрачивается много времени, а работоспособность оснастки не гарантируется.

При централизованной форме организации испытания оснастки испытания осуществляют специальные бригады слесарей-наладчиков. В этом случае используется оборудование цеха, в котором она была изготовлена, а не оборудование производственных цехов; к испытаниям привлекаются конструкторы оснастки; а дефекты, выявленные при испытании, устраняют слесари-наладчики в цехе-изготовителе. В результате подготовка технологической оснастки заканчивается раньше, чем запускается изделие в основном производстве, работоспособность оснастки гарантируется и снижается потребность в наладчиках основных производственных цехов. При такой форме организации системы испытаний оснастки испытанию подлежит оснастка как собственного изготовления, так и покупная, от которой зависят окончательные размеры и качество детали. Испытания проводятся преимущественно на макетах деталей, которые входят в производственный цикл изготовления оснастки. После испытания оснастка сдается на склад в комплекте с сопроводительной документацией (паспортом, бланком заказа, накладной) и макетом или деталью, обработанными при испытании, которые должны быть прикреплены непосредственно к той единице оснастки, с помощью которой они были изготовлены.

Литература

1.Переналаживаемая технологическая оснастка В. Д. Бирюков, А. Ф. Довженко и др.; Под общ ред. Д. И. Полякова. - М.: Машиностроение, 1998. - 256 с.: ил.

2. Анельчик Д. Е., Полевой С. Н. Ремонт, восстановление и испытание инструмента и технологической оснастки. Справочник. Киев: Техника, 1981. 307 с.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.9.048.4

В.В. Бородкин, К.В. Бородкин, В.Б. Бочаров, Э.Ф. Шевченко

РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШТОКА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО МОЛОТА

При ударном пластическом деформировании усилие, возникающее на контактной поверхности инструмента, закрепленного на штоке высокоскоростного молота (см. рис.1), определяется начальным запасом кинетической энергии подвижных масс m, объемом W и степенью деформации  формоизменяемой заготовки /1/:

, ( 1 )

где - минимально допустимый путь торможения подвижных масс высокоскоростного молота, указываемый в его паспортных данных. При этом, максимальное ускорение соударения можно вычислить по формуле

( 2 )

В отличие от статических условий нагружения, когда внешняя нагрузка равномерно распределяется по оси детали, при ударном взаимодействии усилие формируется за счет торможения распределенных по длине инерционных масс и получает свое максимальное значение на контактной поверхности в соответствии с уравнением (1). В силу этого, напряжения в поперечных сечениях штока высокоскоростного молота при его соударении с деформируемой заготовкой также будут изменяться по длине в соответствии с уравнением:

, ( 3 )

где - инерционное усилие торможения в поперечном сечении штока; - площадь поперечного сечения; - масса поршня, опирающегося на торцевую поверхность штока молота; - присоединенная масса штока в сечении.

Для обеспечения прочностных характеристик штока в процессе соударения необходимо, чтобы напряжения , возникающие в каждом сечении, не превышали допустимых значений для материала, из которого он изготовлен. Выполнение условия в соответствии с уравнением (3) возможно за счет изменения по длине штока площади его поперечного сечения . Как правило, исходя из конструктивно-технологических соображений, внешнюю поверхность штока молота выполняют цилиндрической с некоторым радиусом R. Отсюда следует, что изменение площади поперечного сечения штока возможно лишь за счет оформления внутренней проточки радиусом . В соответствии с этим, уравнение (3) можно преобразовать к следующему виду:

, ( 4 )

где  - плотность материала, из которого изготовлен шток молота.

Решением уравнения (4) является функция в виде:

( 5 )

Выполнение в цилиндрическом штоке внутренней проточки радиусом (см. рис.1) в соответствии с формулой (5) позволяет обеспечивать равнопрочность штока по всей его длине в процессе ударного пластического формоизменения заготовки.

Рис. 1. Расчетная схема равнопрочного штока высокоскоростного молота.

1 – поршень; 2 – кольцо; 3 – резьбовое соединение; 4 – шток; 5 – фланец;

6 – прокладка; 7 – баба (контейнер для инструмента).

Литература

1. Чечета И.А., Бородкин В.В. Определение технологических возможностей высокоскоростных молотов.- в сб. Пластическое формообразование деталей авиационной техники. Казань: КАИ, 1983, с.110-115.

2. Александров Е.В., Соколинский В.Б. Прикладная теория и расчеты ударных систем.- М.: Наука, 1969.- 210 с.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 629.11: 629.7.083

В.А. Нилов, А.В. Великанов

Основные факторы, ограничивающие величину догрузки буксировщика летательных аппаратов

В отечественной практике для буксирования летательных аппаратов (ЛА) широко применяются полноприводные серийные автомобильные тягачи. Их всесезонное, эфективное применение становится возможным только благодаря применению специальных догружающих тягово-сцепных устройств [1], увеличивающих сцепной вес буксировщика за счет частичного вывешивания передней стойки ЛА. В этой связи представляет практический интерес изучение факторов, определяющих возможную степень увеличения сцепного веса буксировщика, а значит и его тяговых качеств.

Рис. 1. Схема сил, действующих на агрегат

Основными факторами, ограничивающими величину вертикальной нагрузки ΔR в тягово-сцепном догружающем устройстве (рис.1) являются: грузоподъемность шин буксировщика на тяговом режиме, вертикальная нагрузка в ДТСУ со стороны ЛА, продольная устойчивость буксировщика, максимальный момент двигателя тягача.

Грузоподъемность шин тягача. Вертикальная нагрузка в догружающем тягово-сцепном устройстве не должна вызывать перегрузки шин тягача в процессе буксирования. При этом для полноприводных автомобилей с колесной формулой 6х6 основная вертикальная нагрузка, воспринимается колесами балансирной тележки. Максимальная вертикальная нагрузка в ДТСУ в этих условиях равна:

, (1)

где [Q] − допустимая нагрузка на одну шину при скорости и внутреннем давлении, соответствующем режиму буксирования; Х – лобовое сопротивление ЛА; и − сопротивление качению колес передней и задней стоек ЛА; − эксплуатационный вес буксировщика; L, a, h − плечи приложения сил (см. рис.1).

Вертикальная нагрузка в ДТСУ со стороны ЛА. Догружающее тягово-сцепное устройство осуществляет перераспределение вертикальных нагрузок на опоры агрегата буксировщик-ЛА за счет частичного вывешивания передней стойки шасси ЛА. Поэтому максимальная вертикальная нагрузка в ДТСУ не может превышать вертикальную нагрузку на переднюю стойку шасси ЛА с учетом подъемной силы крыла и описывается зависимостью:

, (2)

где  взлетный вес буксируемого ЛА; Y  подъемная сила крыла.

Максимальный момент двигателя тягача. Остановка буксировщика при встрече с труднопреодолимым препятствием в процессе буксирования должна происходить не вследствие заглохания двигателя, а за счет полного буксования его ведущих колес при наибольшем сцепном весе буксировщика и расчетном значении коэффициента сцепления шин с опорной поверхностью. Для этого должно соблюдаться неравенство:

, (3)

где  максимальное окружное усилие, развиваемое тягачом;  сила тяги по сцеплению;  максимальный крутящий момент двигателя буксировщика;  общее передаточное число трансмиссии тягача на тяговом режиме;  механический КПД трансмиссии тягача;  силовой радиус колесного движителя тягача.

Из неравенства (3) можно найти максимальную допустимую нагрузку в ДТСУ:

, (4)

где ƒ  коэффициент сопротивления качению колесного движителя на режиме “свободного колеса”; Λ  коэффициент, зависящий от вида грунта (опорной поверхности) /2/.

Из неравенства (3) можно также определить величину передаточного числа трансмиссии буксировщика, обеспечивающего отсутствие заглохания двигателя при заданной величине догрузки Δ R:

. (5)

Продольная устойчивость буксировщика. Вследствие того, что вертикальная догрузка в тягово-сцепном устройстве приложена к буксировщику вне его опорного периметра, возникает опасность потери продольной устойчивости.

(6)

По приведенным зависимостям выполнены расчеты максимальной величины ΔR для буксировщика Урал 4320 при буксировании ЛА с взлетным весом 400 кн.

Расчеты показали, что ограничение ΔR по грузоподъемности шин тягача слабо зависит как от вида опорной поверхности (мокрый или заснеженный бетон), так и от наличия и величины ветровой нагрузки на ЛА и составляет 45,4…48,3 кН.

Догрузку, ограниченную вертикальной нагрузкой на переднюю стойку шасси ЛА, также можно считать стабильной и слабо зависщей от ветровой нагрузки и вида опорной поверхности ( =45,3…53,5 кН). Максимальный момент двигателя оказывает существенное влияние на величину . Догрузка в 2…3 и более раз зависит от передаточного числа трансмиссии. Уменьшение коэффициента сцепления (заснеженный бетон) приводит к резкому ( в 2…4 и более раз) увеличению ΔR до значений, существенно превышающих статическую вертикальную нагрузку на переднюю стойку шасси ЛА. Вертикальная догрузка, ограниченная продольной устойчивостью тягача, имеет стабильный характер и мало зависит от крюковой нагрузки.

Расчеты показали, что для исследуемого агрегата при буксировании по мокрому бетону ограничивающим фактором является момент двигателя (i=53,48). При буксировании на пониженной передаче (i=88,4) это ограничение снимается и его место занимает грузоподъемность шин тягача. При буксировании по заснеженному бетону максимальный момент двигателя (i=58,48) не является ограничивающим фактором вследствие низкого коэффициента сцепления. Ограничением является потеря продольной устойчивости буксировщика.

Вывод. Получены аналитические зависимости для определения максимального значения вертикальной нагрузки ДТСУ, которые можно положить в основу тягового расчета буксировщика и прочностного расчета ДТСУ.

Литература

1. Никулин П.И., Нилов В.А., Терехов В.А., Великанов А.В. Влияние взаимодействия колесного двигателя тягача-буксировщика с опорной поверхностью на экологическое состояние аэродрома./ Труды второй международной конференции “Высокие технологии в экологии”, Воронеж: ВГАСА, 1991 г. с.398.

2.Ульянов Н.А. Теория самоходных колесных землеройно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1969 г. с. 520.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.9.02

Н.М. Бородкин, А.И. Часовских

СИСТЕМА ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

В НОВЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СТРУКТУРАХ

В промышленности страны возникла ситуация, когда большинство наиболее эффективных технологических процессов оказалось невостребованными. Предприятия оборонного комплекса начали выпускать продукцию народного потребления, где наукоемкие технологии нужны в ограниченном количестве. В результате мировая наука начала терять большой интеллектуальный потенциал, вложенный в создание нетрадиционных технологий. В течение последних лет авторы создают структуру и пути управления банками нетрадиционных технологий, направленных на сохранение имеющихся разработок и быстрый поиск нужных документов в случае необходимости. При этом следует учитывать, что основная часть заводов России стала объединениями, где под управлением генеральной дирекции работают малые предприятия, использующие технологические материалы объединения. Проводимая работа позволила сохранить накопленную базу знаний о нетрадиционных технологических процессах, разработать методы поиска и передачи на малое предприятие оптимальных технологий, совершенствовать их в процессе использования и хранения, обеспечить защиту интеллектуального продукта от утраты приоритета. Разработаны алгоритмы поиска наиболее эффективных процессов, позволяющие без дополнительных затрат создать гибкие технологии на быстро меняющуюся номенклатуру изделий.

Предложена поисково-информационная система, включающая накопитель информации, информатизационный канал. Запрос от потенциального потребителя поступает по каналу в накопитель. Однако найденные сведения подаются только к оператору, который должен принять окончательное решение о соответствии полученной информации запросу. При положительном мнении оператора дается команда и потребителю сообщаются условия предоставления требуемой информации или той части, которая имеется в банке. В случае, если оператор не в состоянии дать квалифицированную оценку информации, через подсистему “Эксперт” выясняют у специалистов уровень имеющейся информации и соответствие ее запросу.

Информация имеет несколько уровней: собственная, которая предоставляется всем подразделениям объединения безвозмездно, а внешним заказчикам - по согласованию сторон; полученная от других фирм, которая может быть передана по запросам на условиях, содержащихся в договорах с владельцами интеллектуальной собственности; отсутствующая в банке, если известен адрес владельца - тогда условия предоставления информации согласуются как с владельцем, так и с потребителем.

Вся документация оформляется при соблюдении положений федерального закона об интеллектуальной собственности. Схема пользования информацией приведена на рис.1.

Разработана форма паспорта для получения информации по технологиям, большей частью относящихся к нетрадиционным. Если владелец процесса указал, что предлагаемые способы прошли достаточно полную проверку, то после оформления документации на поставку материалы по электронной связи или на носителях передаются потребителю.

В случае, если по запросу не имеется готовых технологических процессов, а существуют исследовательские работы или идеи (патенты, открытия), то потребитель сам принимает решение о целесообразности получения информации, способах ее доработки до требуемого уровня, условиях финансирования. Структура банка машиностроительных технологий приведена на рис.2.

Предлагаемая система может дополняться по нескольким путям: по каналам Интернета, за счет получения информации от других предприятий, с использованием собственных разработок. Для отбора необходимого материала создан алгоритм первичного выявления сведений, интересующих предприятие. Отбор выполняется как на уровне отраслей, так и на стадиях произ-

Рис.1. Схема управления информационной системой

Рис.2. Структура банка машиностроительных технологий

водства (заготовительная, металлообрабатывающая, сборочная, вспомогательные, сервисные операции и др.).

Наиболее полно разработаны сведения по электрическим методам обработки, по которым накоплен обширный статистический материал, имеются достоверные сведения о результатах промышленного использования, области применения в производстве.

Применение нетрадиционных методов возможно в нескольких вариантах: путем использования полученных из банков технологий на имеющейся станочной базе при минимальном объеме доработок и обучения персонала; выполнением заказа по договору у владельца информации, что целесообразно при разовых заказах; созданием материальной базы с обучением исполнителей. Последнее имеет место при переходе объединения на новую продукцию, изготовление которой возможно с использованием нетрадиционных технологий.

Применение автоматизированного поиска оптимальных методов производства изделий позволяет ускорить переход на новые объекты, повысить гибкость технологической системы, поднять уровень и качество продукции машиностроения.

Воронежский механический завод

УДК 621.928.8

Л.В. Бочарова, А.И. Болдырев, В.Б. Бочаров, В.В. Бородкин

КОНСТРУКЦИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

ОТ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПРИМЕСЕЙ

При длительной эксплуатации электролитов в процессе выполнения технологических операций электрохимической обработки их проводимость и химическая активность заметно снижаются за счет зашламления сопутствующими продуктами электрохимических реакций, обладающими ферромагнитными свойствами. Поэтому для регенерации свойств электролитов необходима их периодическая очистка от технологического шлама. Для достижения этих целей разработана конструкция устройства, приведенная на рис.1.

Устройство для очистки электролитов от ферромагнитных примесей (см. рис.1) содержит кольцевой сборный постоянный электромагнит 1, кожух 2, плиты 3-5, между которыми образован первый рабочий зазор 6, цилиндр 7 из немагнитного материала, заполненный частично ферромагнитной насадкой 8, состоящей из шариков с положительной плавучестью, выполненных, например, в виде пенопласта с ферромагнитным порошком - наполнителем. На торцах цилиндра 7 расположены сетки 9 и 10. При этом верхняя сетка образует с плитой 5 второй рабочий зазор 11. Объем между кольцевым постоянным магнитом 1 и цилиндром фильтрующей насадки разделен цилиндрической перегородкой 12, образующей камеру 13 для флокуляции намагниченных частиц и камеру 14 отстоя для сбора скоагулировавшегося осадка. Внизу под магнитной частью устройства расположена вторая камера 15 отстоя и сбора осадка с разделяющим цилиндром 16, которую снаружи охватывает электромагнитная катушка 17. Для удаления из объемов отстоя осадков предназначены отводы 18 и 19. Устройство снабжено подводящим 2 0 и отводящим 21 патрубками. Магнит 1 расположен снаружи корпуса 22.

Рис. 1. Конструктивная схема фильтрующего устройства

Устройство работает следующим образом. В рабочем положении компоненты ферромагнитной насадки 8 благодаря положительной плавучести размещены в верхней части немагнитного цилиндра 7. Сборный кольцевой постоянный магнит 1 создает в рабочих зазорах 6 и 11, а также в зазорах между элементами (шариками) ферромагнитной насадки 8 соответствующую магнитную напряженность. Очищаемая жидкость поступает внутрь устройства через подводящий патрубок 20 и проходит первый рабочий зазор 6. В «подмагниченной» жидкости с пониженной скоростью движения в зоне магнитного поля происходит процесс флокуляции намагниченных частиц, которые осаждаясь в зоне камеры 14 отстоя, периодически удаляются вниз устройства через дренажный отвод 18. Жидкость частично очищенная от флокул из относительно крупных частиц осадка, проходит второй рабочий зазор 11 и попадает в цилиндр 7 с ферромагнитной насадкой, где оставшиеся в жидкости ферромагнитные примеси осаждаются на компоненты насадки 8.

По мере накопления осажденных ферромагнитных частиц на материале насадки плавучесть элементов насадки 8 уменьшается, и они опускаются, попадая в зону действия электромагнитной катушки 17, на которую в момент промывки подают электрический ток. Элементы ферромагнитной насадки 8 втягиваются внутрь электромагнитной катушки 17, попадая на сетку 10. При этом накопленные на материале насадки ферромагнитные частицы под действием собственного веса и благодаря действию магнитного поля электромагнитной катушки 17 проваливаются через сетку 10, скапливаясь в камере 15 отстоя и сбора осадка. Для удаления осажденных ферромагнитных частиц снимают сборный кольцевой постоянный магнит 1 с кожуха 2 и открывают отводы 18 и 19, подавая через патрубок 20 промывочную жидкость.

Качество промывки (регенерации) насадки 8 от уплотненных частиц в устройстве достигается за счет перемешивания (встряхивания) элементов насадки под действием подъемной силы компонентов и втягивающих усилий электромагнитной катушки 17, что достигается трех-, четырех разовым кратковременным включением катушки 17 с переменной (через раз) подачей питания обратной полярности с целью размагничивания материала насадки и уловленных из жидкости ферромагнитных частиц. По достижении необходимой степени очистки элементы насадки 8 обретают первоначальную плавучесть и автоматически всплывают, выходя из зоны действия магнитного поля катушки 17 и располагаясь в верхней части цилиндра 7 под сеткой 9.

Для осуществления очередного цикла фильтрации отключают питание электромагнитной катушки 17, перекрывают отводы 18 и 19, устанавливают на корпус 22 сборный кольцевой постоянный магнит 1 и подают через патрубок 20 фильтруемую жидкость. Далее цикл повторяется.

Литература

1. А. С. СССР № 1530213 А1, кл. В 01 D 35/06. Устройство для очистки жидкости от ферромагнитных примесей. Опубл. Б.И., 1989, № 47.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 621.928.8

Л.В. Бочарова, А.И. Болдырев, В.В. Бородкин, В.Б. Бочаров

РЕГЕНЕРАЦИЯ ФИЛЬТРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СИСТЕМАХ

ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЖИДКОСТЕЙ

В процессе эксплуатации гидравлических систем различного назначения рабочие жидкости (минеральные масла, эмульсии, электролиты) не только изменяют свои физические свойства, но и подвергаются загрязнению как продуктами непосредственно технологической деятельности, так и элементами внешней среды. Поэтому для обеспечения стабильности гидравлических характеристик технологических систем их рабочие жидкости подвергают фильтрации и периодической замене.

При фильтрации рабочие жидкости, проходя через фильтрующий элемент, очищаются, осаждая на его поверхности посторонние включения. В силу этого, для восстановления эксплуатационных характеристик фильтрующего элемента периодически требуется его регенерация.

На рисунке 1 изображена конструкция фильтра с эффективным самоочищающимся фильтрующим элементом.

Рис.1. Конструктивная схема самоочищающегося фильтра

Фильтр содержит корпус 1 с крышкой 2, жестко связанной с трубкой 3. Трубки 3 и 4 образуют входной патрубок и соединены телескопически между собой, причем трубка 4 жестко связана с фильтрующим элементом 5. Выходной патрубок фильтра образован телескопически соединенными трубками 6 и 7. Трубка 3 имеет отверстия 8, сообщенные с наружной полостью 9 фильтрующего элемента 5 при его нижнем положении, при этом отверстия 10 перекрыты трубкой 4, а выемки 11, выполненные в трубке 4, не сообщены с отверстиями 10.

В трубке 6 выполнены выемки 12, сообщенные при нижнем положении фильтрующего элемента 5 с отверстиями 13 трубки 7. Трубку 6 охватывает с зазором сливная труба 14, которая при верхнем положении фильтрующего элемента сообщена с полостью 9 через отверстия 15. При верхнем положении фильтрующего элемента 5 трубка 4, выполненная из ферромагнитного материала, находится в притянутом положении к постоянному магниту 16, а в нижнем положении фильтрующий элемент 5 притянут к постоянному магниту 17.

Фильтр работает следующим образом. Подлежащая очистке рабочая жидкость (см. рис.1) через входной патрубок (трубку 3) и отверстия 8 попадает в полость 9, очищается фильтром 5 и через отверстия 13 и выемки 12 (показано стрелками) поступает потребителю. При засорении фильтрующего элемента 5 объем жидкости, поступающей из внутренней полости фильтрующего элемента 5 потребителю в единицу времени, превышает количество жидкости, поступающей из полости 9 во внутреннюю полость фильтрующего элемента 5, что приводит к понижению уровня жидкости внутри фильтрующего элемента, и когда сила, с которой постоянный магнит 17 притягивает фильтрующий элемент 5 ( ), становится равной силе, с которой фильтрующий элемент выталкивается вытесненной им жидкостью ( ) при заданном заполнении фильтрующего элемента 5 жидкостью, то при дальнейшем падении уровня равновесие сил нарушается и фильтрующий элемент 5 всплывает, попадая в зону действия магнита 16 и притягивается этим магнитом.

Если, например, , где - вес фильтрующего элемента; - вес жидкости, заполняющей внутренний объем фильтрующего элемента, при заполнении внутренней полости фильтрующего элемента на 50% ( = 30%), то при дальнейшем понижении уровня жидкости внутри фильтрующего элемента 5 происходит его всплытие, так как , что соответствует определенной степени засорения фильтрующего элемента 5. Для того, чтобы срабатывание системы самоочистки происходило при меньшей степени засорения фильтрующего элемента, необходимо обеспечить равенство при меньшем заполнении внутренней полости фильтрующего элемента 5, например, при 30% ( =30%), при этом необходимо учитывать силу трения между трубками 3, 4 и 6, 7, которая может быть обеспечена по величине на порядок ниже и . Сила рассчитывается с учетом веса фильтрующего элемента , его заполнения и веса вытесненной фильтрующим элементом жидкости.

При верхнем положении фильтрующего элемента 5 открывается отверстие 15 и из полости 9 через указанное кольцевое отверстие и сливную трубу 14 жидкость выводится из фильтра в бак-отстойник для фильтрата (не показан). При верхнем положении фильтрующего элемента отверстия 8 перекрыты трубкой 4, а отверстия 10 совмещены с выемками 11, поэтому жидкость из входного патрубка поступает во внутреннюю полость фильтрующего элемента 5. Одновременно перекрыты отверстия 13 трубкой 6, а выемки 12 не сообщены с отверстиями 13, и жидкость не поступает к потребителю. Начинается наполнение жидкостью внутренней полости фильтрующего элемента.

В связи с тем, что сечение отверстия 15 обеспечивает быстрое снижение уровня жидкости в полости 9, возникает положение, когда жидкость из внутренней полости фильтрующего элемента поступает в полость 9 и происходит самоочистка противотоком. При полном заполнении внутренней полости 5 интенсивность самоочистки увеличивается и далее в связи с тем, что сила притяжения магнита 16 , то под действием давления поступающей жидкости или веса это равновесие сил нарушается и фильтрующий элемент 5 переходит в нижнее положение. За один цикл, при котором происходит перемещение фильтрующего элемента 5 вверх и возвращение в исходное положение, происходит очистка фильтрующего элемента 5 за счет смыва частиц загрязнений, очистки противотоком и стряхивания при ударах, связанных с примагничиванием к магнитам.

Применение разработанной конструкции фильтра дает возможность с минимальными энергозатратами и высокой надежностью осуществлять самоочистку фильтра в автоматическом режиме с высокой эффективностью, так как она осуществляется одновременно смывом, противотоком и стряхиванием частиц загрязнений с последующим удалением фильтрата.

Литература

1. А.С. СССР №1414421 А1, кл. В 01 D 36/06. Самоочищающийся фильтр. Опубл. Б.И.,1988, № 29.

Воронежский государственный

технический университет

УДК 311.216