авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

«МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «УРАЛЬСКАЯ ГОРНАЯ ШКОЛА – РЕГИОНАМ» 8-9 апреля 2013 года ТЕХНОЛОГИИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ...»

-- [ Страница 2 ] --

2. Небольшие габариты и масса. Время разгона, благодаря меньшему моменту инерции вращающихся частей не превышает долей секунды в отличие от электродвигателей, у которых время разгона может составлять несколько секунд.

3. Частое реверсирование движения выходного звена гидропередачи. Например, частота реверсирования вала гидромотора может быть доведена до 500, а штока поршня гидроцилиндра даже до 1000 реверсов в минуту. В этом отношении гидропривод уступает лишь пневматическим инструментам, у которых число реверсов может достигать 1500 в минуту.

4. Большое быстродействие и наибольшая механическая и скоростная жесткость.

Механическая жесткость величина относительного позиционного изменения положения выходного звена под воздействием изменяющейся внешней нагрузки. Скоростная жесткость относительное изменение скорости выходного звена при изменении приложенной к нему нагрузки.

5. Автоматическая защита гидросистем от вредного воздействия перегрузок благодаря наличию предохранительных клапанов.

6. Хорошие условия смазки трущихся деталей и элементов гидроаппаратов, что обеспечивает их надежность и долговечность. Так, например, при правильной эксплуатации насосов и гидромоторов срок их службы доведен в настоящее время до 5…10 тыс. ч работы под нагрузкой. Гидроаппаратура может не ремонтироваться в течение долгого времени (до 10…15 лет).

7. Простота преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное и возвратно-поворотные без применения каких-либо механических передач, подверженных износу.

УДК ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ МАСЛОСТАНЦИЙ ДРОБИЛЬНЫХ МАШИН ПРИ ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ Майоров С. А.1, Долганов А. Н. ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

ООО дивизион «Горное оборудование» ОАО «Уралмашзавод»

Маслостанция или установка смазочная – неотъемлемый орган, обеспечивающий работоспособность дробилок в период их эксплуатации. Она отвечает за непрерывную подачу смазки к узлам трения, что препятствует нагреву и выходу из строя основных элементов машины.

На практике, имеет место, работа дробильных машин, в условиях пониженной температуры в зимний период, на открытом воздухе или же в не отапливаемом помещении, что негативно сказывается на маслосистеме и самой дробилке в целом. Подобные случаи повышают вероятность возникновения механических повреждений.

Целью работы является предложение рациональных способов решения проблемы охлаждения маслосистемы.

Маслостанция (рисунок 1) представляет собой маслозаполненную емкость с системой постоянной циркуляциижидкости. Основная проблема любого масла в том, что оно имеет свойство загустевать или же замерзать на морозе. В ряде случаев повышение скорости потока способно решить эту проблему. Но при температуре ниже -20 оС, смазка загустевает практически моментально, и мощности насоса, становится не достаточно, чтобы протолкнуть столб консистента по трубам. Следует учесть, что из-за частиц застывшей влаги загустевшее масло представляет собой абразив, что негативно сказывается на работе гидрооборудования.

Рисунок 1 – Маслостанция Выбор более хладостойкого масла, способен решить эту проблему. Но для замены смазочного материала, необходимо полностью промыть и обезжирить систему, что занимает большое количество времени и заставляет дробилку простаивать.

С другой стороны использование всесезонного масла, способного сохранять свои свойства при температуре от +40 до -40 оС, полностью исключило бы возможность загустевания смазки, но экономически, это не целесообразно, поскольку цена столь неприхотливого вещества, весьма высока.

В связи со всеми вышеперечисленными нюансами, предлагаются следующие варианты.

1. Термические обогреватели (термоматы) (рисунок 2). Получили широкое применение в отечественной промышленности, поскольку в наших климатических условиях, этот вопрос становится все более и более актуальным. Термомат представляет собой, плоский, гибкий нагревательный элемент, изолирующий поверхность бака, от окружающей среды по принципу термоса и способный поднять температуру поверхности соприкосновения на 20-40 оС.

Термоматы просты в установке и могут работать с поверхностью практически любой сложности. Схема установки обогревателя на маслостанцию дробилки представлена на рисунке 3.

Рисунок 2 – Термомат Рисунок 3 – Установка термомата 2. Ветрозащита. Часто фактором, усугубляющим температурные условия, является ветер.

Минимизировать его воздействие поможет установка ветряных экранов, или попросту заграждений, тормозящих поток воздуха, сопутствующий охлаждению установки (рисунок 4).

Рисунок 4 – Ветрозащита 3. Использование линии теплообмена для обогрева. В том случае, если в систему встроен жидкостный теплообменник, его можно использовать как нагреватель, предварительно сверившись с инструкцией по эксплуатации, дабы не навредить оборудованию. Встраивание в систему дополнительного теплообменника или обогревателя также может принести положительный результат.

Вывод: Дробильное оборудование, как ни одно другое нуждается в поддержании работоспособности в холодный период года, поскольку его остановка влечет за собой простой всей фабрики. Усилив маслостанцию – сердце дробилки, сделав ее менее уязвимой к холоду, мы делаем устойчивее к погодным перепадам все производство в целом.

УДК 622. РАДИАЛЬНО-ВИХРЕВЫЕ ПРЯМОТОЧНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ. ОСОБЕННОСТИ ИДЕАЛЬНОЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ Макаров Н. В., Горбунов С. А.

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Динамика технологического процесса, происходящего в очистной выработке, приводит к необходимости увеличения диапазона развиваемого давления и глубины экономичного давления ВМП [1] для обеспечения аэродинамической изоляции очистной выработки от выработанного пространства с максимальной энергоэффективностью. Это требует разработки ВМП повышенной аэродинамической нагруженности и адаптивности.

Поскольку в настоящее время отсутствуют ВМП на требуемые вентиляционные режимы, задача заключается в разработке теоретических основ расчета и научного обоснования технических решений создания данного типа вентиляторов.

Применительно к ВМП наиболее перспективным способом повышения аэродинамической нагруженности, адаптивности и экономичности является вихревое управление обтеканием лопаток рабочего колеса. В зависимости от параметров управляющего потока достижимо такое воздействие на пограничный слой, при котором наблюдается практически только снижение потерь давления на трение и, как результат, повышение к.п.д., либо управление им с влиянием на ядро потока для целенаправленного увеличения угла выхода потока, изменения циркуляционного течения с целью повышения аэродинамической нагруженности вентилятора.

Конструктивные особенности вентиляторов местного проветривания (ВМП) позволяют реализовывать в них прямоточную радиально-вихревую аэродинамическую схему с энергетическим управлением течением в межлопаточных каналах [1] рабочих колес с применением интегрированных вихреисточников (рисунок 1) с использованием высокоэнергетического закрученного управляющего потока без применения дополнительных устройств подвода энергии, что существенно повышает эффективность их взаимодействия с основным потоком, при этом обеспечивая достаточную простоту и надежность конструктивного исполнения вихревых камер колеса.

Рисунок 1 – Хвостовик лопатки рабочего колеса радиально-вихревого прямоточного вентилятора местного проветривания Полости профильных лопаток вращающегося колеса ВМП вентилятора, выполненных в хвостовой части в форме вихревых камер, можно рассматривать как устройство передачи энергии управляющему потоку, являющемуся в исходном состоянии частью основного потока, поскольку их совокупность представляет собой интегрированную внутрь рабочего колеса ступень компрессора, геометрические параметры которого обеспечивают требуемые энергетические характеристики управляющего потока вихреисточника.

Удельная идеальная аэродинамическая характеристика вращающейся круговой решетки аэрогазодинамических профилей с вихревыми камерами приведена на рисунке 2. Из данного рисунка видно, что идеальная аэродинамическая характеристика вращающейся круговой решетки аэрогазодинамических профилей имеет существенно большую наполненность по давлению в сравнении с аэродинамической характеристики вращающейся круговой решетки классических профилей. Целенаправленный выбор геометрических параметров круговой решетки профилей и вихревых устройств позволяет в широком диапазоне изменять ее максимальный коэффициент теоретического давления и, что принципиально важно, функциональную зависимость прироста коэффициента теоретического давления та от коэффициента расхода q т [2].

1 – классический теоретический профиль;

2 – профиль с положительным вихреисточником;

3 – профиль с отрицательным вихреисточником;

4 – профиль со знакопеременным вихреисточником Рисунок 2 – Аэродинамическая характеристика вращающейся круговой решетки профилей с вихреисточником Проведенные расчеты позволили спроектировать прямоточную радиально-вихревую аэродинамическую схему, разработать чертежи и изготовить модель вентилятора ВРВП- (рисунки 2, 3). Результаты его аэродинамических испытаний в сравнении с вентиляторами ВМЭ-6 приведены в таблице 1.

Рисунок 3 – Общий вид радиально-вихревого прямоточного вентилятора местного проветривания ВРВП- Таблица 1 – Сравнительная техническая характеристика вентиляторов местного проветривания Параметр Вентилятор ВМЭ-6 ВРВП- Диаметр рабочего колеса, мм 630 Номинальная подача, м3/с 7,2 7, Полное давление, Па 2650 К.П.Д. 0,76 0, Глубина экономичного регулирования 0,33 0, Разработка и применения параметрического ряда вентиляторов типа ВРВП на базе предложенной аэродинамической схемы с использованием энергии частотных регуляторов позволит существенно повысить как энергоэффективность, так и безопасность вентиляции, а также конкурентоспособность газообильных угольных шахт.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Косарев Н. П., Макаров В. Н. Аэродинамика квазипотенциального течения в межлопаточных каналах рабочих колес высоконагруженных центробежных вентиляторов: научное издание/ – Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. 108 с.

2. Макаров Н. В. Особенности течения в круговой решетке профилей с вихреисточником в критических точках // Известия УГГУ. Вып. 24. Екатеринбург. 2010. С. 99-101.

УДК 621.513. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ ПОВЕРХНОСТЯМИ С ПЛОСКОСТЬЮ ПАРАЛЛЕЛИЗМА Фролов А. П.

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Поверхности с плоскостью параллелизма относятся к классу линейчатых поверхностей.

Такая поверхность может быть получена в результате перемещения в пространстве прямолинейной образующей, при котором эта образующая остается параллельной какой-либо плоскости, называемой плоскостью параллелизма. Эти поверхности иногда называют поверхностями Каталана [1]. Характер перемещения в пространстве прямолинейной образующей определяется формой, а также взаимным расположением двух направляющих линий.

В технике существует огромное количество зависимостей, которые с успехом могут быть моделированы такими поверхностями. Эти зависимости, как правило, носят экспериментальный характер. Например, если мы имеем зависимость аргумента X от двух параметров Z и Y, а функция X=f(Z) при любой постоянной величине Y имеет линейный характер, то совершенно очевидно, что такая зависимость представляет собой поверхность с плоскостью параллелизма. В самом деле, семейство линейных зависимостей X=f(Z) при различных фиксированных значениях параметра Y представляет собой проекцию на фронтальную плоскость множества фиксированных положений прямолинейной образующей, которая перемещается в пространстве по определенному закону. Закон этот определяется двумя направляющими и плоскостью параллелизма. Поскольку каждая прямая из семейства линейных зависимостей X=f(Z) при постоянных значениях параметра Y параллельна фронтальной плоскости проекций, то совершенно очевидно, что эта плоскость и является искомой плоскостью параллелизма. Что касается двух направляющих, то для их определения достаточно выполнить пару плоских сечений поверхностей произвольными плоскостями.

Линии, полученные в этих сечениях, будут являться направляющими поверхности с плоскостью параллелизма. В данном случае удобнее построить сечения двумя профильными плоскостями. В качестве секущих плоскостей следует выбрать профильные плоскости. Линии, полученные в сечении, будут являться искомыми направляющими поверхности. С помощью предложенной методики можно задать любую подобную зависимость на комплексном чертеже.

Семейство прямых, каждая из которых определяет зависимость X=f(Z), представляет собой линейчатый каркас поверхности.

Приведем конкретный пример реализации данной методики. Экспериментальные исследования зависимости силы пружины (F), приведенной к верхнему краю пластины прямоточного клапана поршневого компрессора были проведены с целью определения оптимальной величины радиуса загиба пружины при неизменной величине длины паза прямоточного клапана [2].

При проведении эксперимента для каждой фиксированной величины радиуса загиба пружины (R) изменяли величину угла поворота пластины клапана, измеряя при этом величину силы пружины (F).

Для более точного определения этой величины следует построить геометрическую модель данной зависимости. На рис. 1 приведен комплексный чертеж линейчатого каркаса поверхности, определяющей зависимость F =f (, R). Комплексный чертеж в данном случае состоит из фронтальной и профильной проекций. Профильная проекция семейства линейных зависимостей F =f (R) представляет собой множество вертикальных прямых. Выполним ряд профильных сечений, соответствующих 0=0, 1=0,1, 1=0,2, 1=0,3. Профильная проекция этих сечений представляет собой кривые, обозначенные соответственно 0, 1, 2, 3. Любая пара этих кривых может быть использована в качестве направляющих поверхности с плоскостью параллелизма, которая является геометрической моделью зависимости F =f (, R).

На рисунке 1 показаны результаты проведения экспериментальных исследований [2].

Рисунок 1 – Геометрическая модель зависимости силы пружины, приведенной к верхнему концу пластины прямоточного клапана Совершенно очевидно, что эта поверхность представляет собой цилиндроид с фронтальной плоскостью параллелизма. Модель, показанная на рисунке 1, по существу представляет собой номограмму, которая позволяет исключить экспериментальные исследования объекта для промежуточных величин R, а также для величин r, находящихся вне диапазона изменения параметров данного эксперимента.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Фролов А. П. Линейчатые поверхности с плоскостью параллелизма в курсе «Начертательная геометрия» / А. П. Фролов // Актуальные вопросы обучения молодежи графическим дисциплинам:

материалы V Всероссийской научно-методической конференции. Рыбинск, 2003. С. 22.

2. Фролов А. П. Повышение эффективности эксплуатации рудничных поршневых компрессорных установок путем совершенствования воздухораспределительных органов: дис. … канд.

техн. наук: 05.05.06. Свердловск, 1984. 166 с.

УДК 625. ТВЕРДОСТЬ НАПЛАВЛЕННОГО ПОКРЫТИЯ Запевалов А. С., Егоров И. И., Хазин М. Л.

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Многослойная наплавка уменьшает влияние состава основного металла.

При многослойной наплавке состав каждого слоя различен, так как различна доля участия основного металла (на который наплавляют) в образовании наплавленного слоя. Если при наплавке 1-го слоя основной металл непосредственно участвует в формировании покрытия, то при наплавке 2-го и последующих слоев он участвует косвенно, определяя состав предыдущих слоев. При наплавке большого числа слоев при некоторых условиях наплавки состав металла поверхностного слоя может быть идентичен дополнительному наплавляемому металлу.

Например, при наплавке порошковой проволокой в среде углекислого газа на деталь из низкоуглеродистой стали составы первого и второго слоев наплавленного металла, отличаются от составов аналогичных слоев, наплавленных такой же проволокой при тех же условиях на детали из среднеуглеродистой стали, что проявляется в различной твердости этих слоев (рисунок 1). Первый слой металла, наплавленный на сталь 45С, имеет твердость выше некоторого заданного уровня HV 350, соответствующего неразбавленному наплавленному металлу, а при наплавке на низкоуглеродистую сталь твердость первого слоя не превышает HV 300, т. е. находится ниже заданного уровня [1].

1 среднеуглеродистая сталь;

2 низкоуглеродистая сталь;

n – число слоев Рисунок 1 Влияние основного металла на твердость наплавленного слоя (наплавка в среде углекислого газа порошковой проволокой диаметром 3,2 мм;

расход CO2 – 20 л/мин.;

сила тока 400 A;

напряжение 26 В;

скорость наплавки 40 см/мин.) [1] Аналогично изменяется микротвердость покрытий из высоколегированных сталей 40Х13 и Х17Н13М2Т, полученных лазерной газопорошковой наплавкой [2]. Микротвердость покрытий плавно уменьшается по глубине шлифа, т. е. с увеличением доли основного металла в составе наплавленного слоя (рисунок 2).

После плазменной наплавки, металл типа хромистой стали 22X16Н2М имеет сравнительно высокую твердость (HRC 42...44), что указывает на возможность присутствия в его структуре карбидно-силицидной фазы. Известно, что концентрация элементов ферритизаторов (кремния, хрома, молибдена и др.) в ферритной фазе выше, чем в аустенитной;

более высока в ней и их диффузионная подвижность, что способствует более интенсивному упрочнению ферритной составляющей за счет процессов ее упорядочения и распада при выдержках в соответствующем диапазоне температуры. Отпуск в интервале 650...850 °С приводит к повышению твердости этого типа наплавленного металла до HRC 46...51 и по данным магнитных измерений [3] сопровождается заметным уменьшением количества феррита - тем более значительным, чем больше было его в исходной структуре.

1 сталь 40Х13;

2 – сталь Х17Н13М2Т Рисунок 2 Изменение микротвердости (H) стали по глубине шлифа (h) [2] Благодаря характерному для плазменной наплавки малому проплавлению основного металла требуемая твердость и заданный химический состав наплавленного металла обеспечивается уже на расстоянии 0,3...0,5 мм от поверхности сплавления (рисунок 3). В результате старения при 600 °С в течение 500 и 1000 ч процессы распада феррита приобретают большую завершенность. Существенных изменений твердости наплавленного слоя не наблюдается. В зоне сплавления не образуется твердых и хрупких составляющих, что должно благоприятно сказываться на работоспособности и надежности наплавленной арматуры.

1 исходное состояние;

2 после отпуска;

3, 4 после отпуска и старения при Т=600 °С в течение соответственно 500 и 1000 ч [3] Рисунок 3 Распределение твердости по высоте наплавленного слоя 15Х19Н9М4С5ГЗД: а – основной металл сталь 20;

б – то же сталь 12Х1МФ Таким образом, при многослойной наплавке независимо от способа наплавки и химического состава стали, микротвердость наплавленного металла изменяется качественно аналогично.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Справочник сварщика. Под ред. В.В. Степанова. М.: Машиностроение, 1974. 327 с.

2. Григорьянц А. Г., Мисюров А. И., Третьяков Р. С., Ставертий А. Я. Сравнение эксплуатационных характеристик покрытий из нержавеющих сталей аустенитного и мартенситного классов, полученных методом лазерной газопорошковой наплавки // Наука и образование, 2012. № 6.

С. 47-51.

3. Переплетчиков Е. Ф., Рябцев И. А. Свойства сплавов на основе железа для плазменно порошковой наплавки уплотнительных поверхностей арматуры // Автоматическая сварка, 2011. № 9.

С. 20-24.

УДК 620. НАНОМАТЕРИАЛЫ В ГОРНОМ МАШИНОСТРОЕНИИ Колтунов А. В., Долгих И. А., Хазин М. Л.

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Нанотехнологии являются одним из приоритетных направлений развития научно технического прогресса в мире. Наноструктурные материалы интенсивно исследуются и находят все большее применение в различных разделах техники и технологии во многих сферах человеческой деятельности в электронике, информатике, материаловедении, энергетике, машиностроении и др. [1-3]. Наряду с развитием науки в области электроники, исследованием ковалентных материалов значительные успехи достигнуты в понимании структуры и механических свойств металлических наноматериалов.

Одним из таких важнейших направлений является разработка конструкционных наноматериалов. Наноматериалы конструкционного назначения предназначены для изготовления различных изделий, поэтому их оценивают по механическим свойствам.

Вследствие наличия особой структуры, наноматериалы проявляют уникальные свойства [4, 5].

Свойства наноматериалов существенно зависят от характера распределения, формы и химического состава кристаллитов.

Интересные с технической точки зрения изменения физико-механических свойств материалов (прочности, твердости, пластичности и др.) начинают проявляться при уменьшении размеров зерен меньше 100 нм [2, 5, 6]. Например, у пластичных металлов и сплавов в нанокристаллическом состоянии твердость в четыре – шесть раз выше, чем в обычном состоянии. У хрупких материалов (боридов, карбидов, нитридов и др.) твердость также повышается, но в меньшей мере – в два-три раза (таблица 1). Повышение прочностных свойств обычно объясняют увеличением протяженности границ зерен, являющихся барьерами для распространения дислокаций.

Таблица 1 Твердость некоторых наноматериалов, полученных методами компактирования и технологии пленок [2, 5] Относительная Толщина Размер Твердость Состав Метод изготовления плотность пленки, зерна, Hv, мкм нм ГПа Компакты Теплое прессование — Fe 0,94 15 Динамическое — Ni–64 % TiN 0,97 10 прессование Прессование — — Ag–76 % MgO 2–50 2, Жидкофазное спекание — 1,0 WC–10 % Co 23, Высокие давления и — TiN 0,98–0,99 30–50 29– температуры Спекание в ударных — BN 0,96 25 43– волнах Пленки Магнетронное — TiN 1–2 5–30 35– напыление Магнетронное — TiB2 1–4 2–8 50– напыление TiN–Si3N4–TiSi2 Плазма CVD — 3,5 Магнетронное — TiN/VN 2,5 2,5 напыление Дуговое напыление — TiN/NbN 2 10 Другим аспектом является тот факт, что свободная поверхность является стоком бесконечной емкости для точечных и линейных кристаллических дефектов (в первую очередь вакансий и дислокаций). При малых размерах частиц этот эффект заметно возрастает, что может приводить к выходу большинства структурных дефектов на поверхность и очистке материала наночастицы от дефектов структуры и химических примесей. В настоящее время установлено, что процессы деформации и разрушения протекают в тонком приповерхностном слое с опережением по сравнению с внутренними объемами металлического материала, что во многом определяет возникновение ряда физических эффектов, в том числе физического предела текучести и физического предела усталости [7].

Следующей причиной специфики свойств наноматериалов является увеличение объемной доли границ раздела с уменьшением размера зерен или кристаллитов в наноматериалах. При этом можно выделить объемную долю следующих составляющих: границ раздела, границ зерен и тройных стыков [7]. Объемные доли межзеренной и внутризеренной компонент достигают одинакового значения (по 50 %) при размере зерна порядка 5 нм. После уменьшения размера зерна ниже 10 нм начинает сильно возрастать доля тройных стыков. Еще одну причину специфики свойств наноматериалов связывают с тем, что при процессах переноса (диффузия, пластическая деформация и т. п.) имеет место некоторая эффективная длина свободного пробега носителей этого переноса le [7].

При характерных размерах области протекания процессов переноса много больших le.

рассеяние носителей выражено незначительно, но при размерах меньших le перенос начинает зависеть от размеров и формы весьма значительно. В случае наноматериалов в качестве le.

могут выступать, например, диффузионная длина и длина свободного пробега дислокаций.

Наноструктурные объемные материалы отличаются повышенной прочностью при статическом и усталостном нагружении, а также твердостью по сравнению с обычными материалами. Предел текучести увеличивается по сравнению с обычным состоянием в 2,5-3 раза, а пластичность – либо незначительно уменьшается, либо даже возрастает.

Без изменения химического состава стандартных быстрорежущих сталей и твердых сплавов ВК и ВМ за счет термоциклического наноструктурирования и ионного синтеза SiC и SiO2 из плазмы кремния создан уникальный металлообрабатывающий строительный и буровой комбинированный инструмент, не имеющий аналогов по стойкости и на 15-20 % дешевле лучших мировых образцов [5]. Создание конструкционных наноматериалов находится на начальной стадии развития полезных для практики направлений исследований и разработок и требует использования широкого спектра новых нанотехнологий.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Пул Ч., Оуэне Ф. Нанотехнологии / Под ред. Ю. И. Головина. М.: Техносфера, 2004. 327 с.

2. Андриевский Р. А., Рагуля А. В. Наноструктурные материалы. М.: Изд. центр «Академия», 2005. 192 с.

3. Козлов Э. В., Жданов А. Н., Конева Н. А. Механизмы деформации и механические свойства наноматериалов // Физическая мезомеханика. 2007. № 10 (3). С. 95-103.

4. Горынин И. В. Исследования и разработки ФГУП ЦНИИ КМ «ПРОМЕТЕЙ» в области конструкционных наноматериалов // Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2. № 3-4. С. 36-57.

5. Кочанов Д. И. Наноматериалы и нанотехнологии для машиностроения: состояние и перспективы применения // Ритм. 2010. № 8 (56). С. 16-21.

6. Смирнов Б. Н., Хазин М. Л. Фольга для печатных плат. Екатеринбург: УрО РАН, 2003.

376 с.

7. Балоян Б. М., Колмаков А. Г., Алымов М. И., Кротов А. М. Наноматериалы. Классификация, особенности свойств, применение и технологии получения. М.: Изд-во Междунар. ун-та природы, общества и человека «Дубна». Филиал «Угреша», 2007. 129 с.

УДК СТРУКТУРА РАЗРАБОТКИ ОПЕРАЦИЙ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПОВЕРХНОСТНО-ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ Топоров К. Д., Скворцов И. С., Ямшанов А. А.

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Широкое применение в промышленности для повышения долговечности деталей машин получили методы отделочно-упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием (ОУО ППД). К ним относятся все методы обработки деталей, связанные с пластическим деформированием только их поверхностных слоев и практически не изменяющие исходную точность размеров. Это накатывание, выглаживание, вибронакатывание, виброобработка, дробеструйная, центробежно-ударная, статико-импульсная обработка и др. виды обработки различных поверхностей деталей машин.

Выбор методов ОУО ППД осуществляется в зависимости от размеров деталей, формы и функционального назначения обрабатываемой поверхности. В зависимости от функционального назначения обрабатываемой поверхности детали ОУО ППД можно выполнять на отделочных, отделочно-упрочняющих и упрочняющих режимах.

Отделочная обработка ППД выполняется с целью уменьшения исходной шероховатости поверхности и увеличения ее несущей способности, т.е. увеличения параметра шероховатости tp или уменьшения параметра Rр, практически без упрочнения поверхностного слоя детали. Это необходимо для повышения износостойкости детали при жидкостном трении, контактной жесткости, герметичности и коррозионной стойкости. Процесс отделочной обработки ППД деталей осуществляется при рабочем давлении, обеспечивающем частичное сглаживание выступов шероховатости при контактном сближении ук 0,5 Rрисх Отделочно-упрочняющая обработка ППД выполняется с целью уменьшения исходной шероховатости поверхности, увеличения ее несущей способности и частичного поверхностного упрочнения детали. Это необходимо для повышения износостойкости при граничном трении, контактной жесткости, герметичности и частично усталостной прочности деталей. Процесс отделочно-упрочняющей обработки ППД деталей осуществляется при рабочем давлении, обеспечивающем контактное сближение в пределах 0,5 Rрисх ук Rрисх.

Упрочняющая обработка ППД выполняется с целью упрочнения поверхностного слоя детали. Это необходимо для повышения износостойкости при сухом трении и усталостной прочности деталей. При этом происходит полное переформирование исходной шероховатости, вплоть до формирования нового регулярного профиля. Процесс упрочняющей обработки ППД осуществляетcя при ук Rрисх.

При выборе приведенного радиуса необходимо учитывать вид обработки. Так, при отделочной и отделочно-упрочняющей обработке приведенный радиус целесообразно определять, исходя из требуемых и исходных параметров качества поверхностного слоя, максимальной производительности. При этих видах обработки в основном происходит деформация исходных неровностей шероховатости. Наиболее оптимальной для обеспечения уменьшения волнистости, стабильности усилия, повышения производительности представляется ширина контакта не менее 3 Sm (рисунок 1).

Выбор величины приведенного радиуса при упрочняющих режимах обработки в зависимости от характеристик обрабатываемого материала, требуемой степени и глубины упрочнения наиболее полно рассмотрен в работах В.М.Смелянского [3].

Режимы отделочной, отделочно-упрочняющей и упрочняющей обработки для статических методов определяются давлением в зоне контакта инструмента и обрабатываемой поверхности детали, которое зависит от рабочего усилия P, фактической площади контакта Аф и твердости материала обрабатываемой детали.

По данным литературных источников [3], отношение максимального шага ударов к минимальному обычно достигает 4 (рисунок 2) Рисунок 1 Взаимосвязь радиуса инструмента с параметрами шероховатости Рисунок 2 Схема определения максимального шага ударов Szmax Величина контактного сближения yк, необходимая для обеспечения заданной шероховатости, определяется исходя из шероховатости, полученной при предшествующей обработке [1, 2, 4, 5].

Учитывая наличие параметров, оказывающих существенное влияние друг на друга, уравнение целесообразно решать с помощью ЭВМ. Кроме того, достаточно сложно учесть различные дополнительные факторы, влияющие на значение того или иного параметра, поэтому при решении уравнения необходим диалог с пользователем.

При упрочняющих режимах обработки шероховатость получаемой поверхности имеет второстепенное значение, а основными параметрами являются глубина и степень упрочнения.

Взаимосвязь режимов обработки, параметров обрабатываемой поверхности и инструмента рассмотрена в работе [6].

Таким образом, предлагаемая методология позволяет проектировать операции ОУО ППД от выбора предшествующего ППД метода до определения режимов обработки и параметров рабочей части инструментов, охватывая как статические, так и динамические (ударные) методы обработки при всех видах ОУО ППД – от отделочных до упрочняющих.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Суслов А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. – М.: Машиностроение, 2000.

320 с.

2. Инженерия поверхности деталей / под ред. А. Г. Суслова. – М.: Машиностроение, 2008. 320 с.

3. Смелянский В. М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. – М.: Машиностроение, 2002. 300 с.

4. Суслов А. Г. Проектирование операций отделочно-упрочняющей обработки поверхностно пластическим деформированием / А. Г.Суслов, Р. В. Гуров // Упрочняющие технологии и покрытия.

2010. № 3.

5. Подольский М. А. Оценка эффективности упрочнения деталей динамическими методами ППД на основе энергетического критерия: автореф. дис…. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 2005. 19 с.

УДК 631. СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ГОРНЫХ МАШИН Филатов А. В., Булатов А. В., Шипулин А. В.

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Около 75 % деталей, выбраковываемых при первом капитальном ремонте горного оборудования, являются ремонтопригодными либо могут быть использованы вообще без восстановления. Поэтому целесообразной альтернативой расширению производства запасных частей является вторичное использование изношенных деталей, восстанавливаемых в процессе ремонта [1].

В последние годы наблюдается исключительно бурное развитие технологий нанесения защитных и износостойких покрытий.

Вопросы повышения долговечности деталей и снижения стоимости их ремонта способствовали разработке большого количества методов восстановления узлов и деталей.

Наиболее распространнными из них в ремонтном производстве являются:

восстановление посадок с изменением начальных размеров детали;

восстановление посадок с восстановлением начальных размеров детали.

К методам восстановления посадок с изменением начальных размеров относят способы восстановления связанные с применением дополнительных деталей (постановка ремонтных колец, постановка стальных свртных втулок, приварка стальной ленты) [2, 3].

К методам восстановления посадок с восстановлением начальныхразмеров относят способы восстановления связанные с наращиванием изношенных поверхностей деталей (металлизация, наплавка, нанесение электролитических покрытий, электроискровое легирование, нанесение полимерных покрытий) и способы, связанные с пластической деформацией деталей (кернение, газопламенная обработка).

Способ восстановления изношенных посадочных отверстий корпусных деталей постановкой ремонтных колец заключается в предварительном растачивании изношенных отверстий с последующей запрессовкой ремонтного кольца с натягом 0,05... 0,15 мм, которое стопорят винтами, клеями или другими способами и растачивают под номинальный размер.

Широкое применение данного способа в ремонтном производстве сдерживается из-за присущих ему недостатков: высокой трудомкости и себестоимости восстановления, сложности технологического процесса и применяемого оборудования, возможности нарушения параллельности осей и межосевых расстояний отверстий, ослабления жсткости корпусных деталей в результате их расточки (на 4...5 мм) и запрессовки колец, нерационального расхода металла, высокой точности и чистоты окончательной обработки поверхности (8...9 класс точности), что требует использования труда высококвалифицированных рабочих.

Сущность наплавки заключается в нанесении на изношенную поверхность деталей расплавленного металла в целях восстановления е размеров.

Для нанесения металлических покрытий на изношенные поверхности деталей применяются следующие виды наплавки: электродуговая под слоем флюса, электродуговая в среде защитных газов, электроконтактная, вибродуговая в различных средах, газопорошковая, плазменная, жидким металлом (лужение) и другие.

Несмотря на большое разнообразие видов наплавки наиболее распространнными для восстановления деталей считаются газопорошковая и плазменная наплавки, при которых непосредственно на изношенную поверхность наносят расплавленный порошок или проволоку газовой или плазменной горелкой.

Подготовка детали к восстановлению заключается в растачивании посадочного места и его обезжиривании. После восстановления поверхности наплавкой металла отверстие растачивают под номинальный размер.

Восстановление посадочных мест корпусных деталей при помощи газопламенной обработки относится к способам восстановления деталей пластической деформацией. Данный способ заключается в использовании деформаций поверхности деталей под влиянием внутренних напряжений, образующихся в результате нагрева движущимся ацетилено кислородным пламенем горелки.

Достоинствами способа являются: повышение тврдости в поверхностных слоях посадочных отверстий (до 450 кгс/мм 2) и износостойкости (в 1,5…1,8 раза);

уменьшение интенсивности изнашивания посадочных поверхностей (в 1,2…1,4 раза) по сравнению с поверхностями новых деталей.

Вместе с тем, процесс газопламенной обработки имеет следующие недостатки:

необходим дополнительный прогрев детали до 200…250 °С для уменьшения остаточных напряжений;

по окончании обработки необходимо проводить искусственное старение (нагрев до 600 °С и выдержка 10 мин.), а охлаждение во избежание появления трещин осуществлять в термостате;

происходит релаксация остаточных напряжений приводящая к изменению геометрических размеров;

плохие условия труда.

Применение данных способов наплавки обусловлено простотой технологического процесса и используемого оборудования, высокой производительностью, возможностью получения поверхностей любых размеров.

Нет универсального способа обработки поверхности для удовлетворения комплекса предъявляемых требований. Поэтому постоянно появляются новые способы легирования металлических поверхностей и в их числе электроискровое легирование процесс перенесения материала на обрабатываемую поверхность искровым электрическим разрядом.

С момента появления этот способ привлек к себе внимание технологов в связи со следующими специфическими особенностями:

материал анода (легирующий материал) может образовывать на поверхности катода (легируемая поверхность) чрезвычайно прочно сцепленный с поверхностью слой покрытия;

в этом случае не только отсутствует граница раздела между нанесенным материалом и металлом основы, но происходит даже диффузия элементов анода в катод;

процесс легирования может происходить так, что материал анода не образует покрытия на поверхности катода, а диффузионно обогащает эту поверхность своими составными элементами;

легирование можно осуществлять в строго указанных местах (радиусом от долей миллиметра и более), не защищая при этом остальную поверхность детали;

технология электроискрового легирования металлических поверхностей очень проста, а необходимая аппаратура малогабаритна и транспортабельна БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Молодык Н. В., Зенкин А. С. Восстановление деталей машин. М. :Машиностроение, 2010.

482 с.

2. Восстановление деталей машин: справочник / Ф. И. Пантелеенко, В. П. Лялякин, В. П. Иванов [и др.]. М.: Машиностроение, 2003. 672 с.

3. Хазин М. Л. Теория и методы восстановления деталей горных машин: учеб. пособие.

Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. 308 с.

УДК 621.791. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАПЛАВКИ НА СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ Брусницын И. А., Минабашев А. Л., Кондрашкин Д. А., Хазин М. Л.

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Наплавку в ремонтном производстве применяют для восстановления расположения, геометрической формы и номинальных размеров изношенных элементов деталей [1, 2].

При использовании наплавки в технологии ремонта необходимо уделять большое внимание механическим свойствам наплавленного металла, которые определяются в основном режимом наплавки и составом присадочной проволоки.

При нанесении наплавленного покрытия на деталь, оно образует единую композицию с металлом детали. Однако химический состав и свойства покрытия могут значительно отличаться от состава и физико-механических свойств детали (основного металла). Свойства наплавленного покрытия зависят от его химического состава, а также от соотношения основного и наплавленного металлов и долями их участия в образовании промежуточной зоны.

Разбавление наплавленного слоя основным металлом будет тем меньше, чем меньше доля основного металла (0) участвует в формировании слоя. В связи с этим, когда желательно иметь в покрытии состав, минимально отличающийся от состава наплавляемого сплава, необходимо стремиться к уменьшению доли основного металла в наплавленном покрытии, т. е. к минимальному проплавлению материала детали [3].

Различные методы наплавки отличаются друг от друга тепловой подготовкой основного и наплавляемого металлов и, следовательно, глубиной проплавления основного металла.

Любые меры, направленные на снижение глубины проплавления основного металла при наплавке, не могут полностью устранить его влияние на состав и свойства металла наплавленного слоя. При наличии большого разнообразия составов основного металла задача сведения до минимума его влияния на наплавленный металл требует знания свойств и состава подвергаемых наплавке материалов.

Доля основного металла при наплавке различных сплавов на детали из низкоуглеродистой стали зависит от способа наплавки, свойств наплавляемого и основного металлов (рисунок 1), в том числе и от температуры плавления металлов. Например, дуговая наплавка покрытыми электродами, обеспечивающими наплавку алюминиевой бронзы (Тпл = 1000 С), на низкоуглеродистую сталь обеспечивает меньшую величину 0, чем наплавка хромоникелевой аустенитной стали (Тпл = 1420 С) [1, 2].

1 автоматическая под флюсом;

2 ручная дуговая покрытыми электродами;

3 автоматическая под флюсом с дополнительной присадочной проволокой;

4 автоматическая под флюсом ленточным электродом;

5 плазменной струей с токоведущей проволокой Рисунок 1 Доля участия основного металла (0) при наплавке хромоникелевой аустенитной стали, выполненной различными способами Аналогично может влиять и применение при наплавке, выполняемой под флюсом или в защитных газах, электродной ленты, спрессованной из порошков, по сравнению с катаной.

Большее электрическое сопротивление спрессованной ленты и ее меньшая теплопроводность приводят к более быстрому ее расплавлению и возможному уменьшению доли основного металла в наплавленном слое.

Естественно, что на долю основного металла в наплавленном слое влияет и интенсивность теплоотвода в восстанавливаемой детали, который зависит от теплофизических свойств металла детали, ее геометрических размеров (в частности, толщина металла вблизи наплавляемой поверхности), а также наличия регулирования термического режима наплавляемой детали (сопутствующего подогрева или охлаждения различными приемами).

Влияние толщины наплавляемой детали из алюминиевой бронзы при наплавке покрытыми электродами разного диаметра на величину 0 показано на рисунок 2. При увеличении толщины детали усиливается теплоотвод и уменьшается проплавление основного металла.

1 диаметр электрода 4 мм, Iсв =140 А;

2 диаметр электрода 5 мм, Iсв = 190 А;

3 диаметр электрода 6 мм, Iсв = 210 А Рисунок 2 Влияние толщины детали (h) и режима наплавки на долю основного металла в одиночном валике (0) при наплавке медно-никелевыми электродами на бронзу Обеспечение требуемого состава наплавленного покрытия в некоторых случаях может потребовать использования дополнительных (присадочных) металлов таких составов, при которых ухудшается их пластичность. В этом случае используют наплавочные материалы в виде порошков или гранул, что затрудняет наплавку. В таких случаях можно использовать наложение на наплавляемую поверхность предварительно спрессованных из порошков (иногда спеченных или скрепленных какой-нибудь связующей добавкой) наплавочных заготовок (колец и пр.) с последующим их расплавлением и подплавлением основного металла. Для этого наиболее часто в качестве источника нагрева используют дугу с неплавящимся, обычно вольфрамовым, электродом, плазму или токи высокой частоты. При правильном подборе режима основной металл, получающий подогрев за счет теплопередачи через наплавочный металл, может расплавляться ограниченно, не приводя к большим значениям 0 в наплавленном слое. Значительно менее стабильные результаты получаются при наплавке зернистых твердых сплавов угольной дугой.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Восстановление деталей машин: справочник / Ф. И. Пантелеенко, В. П. Лялякин, В. П. Иванов [и др.]. М.: Машиностроение, 2003. 672 с.

2. Хазин М. Л. Теория и методы восстановления деталей горных машин: учеб. пособие.

Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. 308 с.

3. Хасуи А., Моригани О. Наплавка и напыление / Пер. с яп. М.: Машиностроение, 1995. 240 с.



Pages:     | 1 ||
 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.