автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Усовершенствование способов технологического оснащения на основе применения материалов с эффектом памяти формы

-aCPAÏHCbKHiÎ ДЕРЖАВИН!! МОРСЫШЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ

Дги службового корпстування Екземпляр №

КОЗЛЕНКО ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСЛВДРОВИЧ

УДК 629.5.081.4:62-8:669.018

УДОСКОНАЛЕННЯ ЗАСОБ1В ТЕХНОЛОГГЧНОГО ОСНАЩЕНИЯ НА ОСИОВ1 ЗАСТОСУВАННЯ MATEPIAJIIB 3 ЕФЕКТОМ ПАМ'ЯТ! ФОРМИ

05.08.04 - Технология суднобудуваипя та судноремоиту

АВТОРЕФЕРАТ ДПСЕРТАЦ11 НА ЗДОБУТТЯ НАУКОВОГО СТУПЕНЯ КАНДИДАТА ТЕХШ'ППГХ 11АУК

Млколшв -1998

Дисертащею е рукопис

Робота виконана в УкраШському державному морському техшчному утверситеп МО Украши.

Науковий кер1вник : кандидат техшчних наук, професор СОЛОВЙОВ Сташслав Миколайович, УДМТУ, зав. кафедрою ТСМ

Офщжш опоненти: 1. Д-р техн. наук, професор

РАШКОВСЬКИЙ Олександр Саулович,

УДМТУ, зав. кафедрою технологи суднобудувакня

2. К.Т.Н., ст. наук, сшвробшшк

ИСАЧЕНКО Володимир Олександр ович,

УкрНДГГС

Провщна установа: Одеська державна морська академ1я

Захкствздбудетъся 27 квггая 1998 року о И годиш на засщашй спещалвовано! вчено! ради Д 38.060.01 при Украшському державному морському техшчному утверсите-п.

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютещ УДМТУ,м. Микола! пр. Геро1в Сташнграду, 9

Автореферат розгсланнй 18 березня 1998 р.

Вчений секретар спещалЬовано! вчено! ради д-р техшчних наук, професор

КВАСНИЦЬКИЙ В. С

БАТАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОВОТИ

Актуальнють теми. Ниш в р!зних засобах автоматизащI у суд-юбудуванн! застосовують пневматичш, електроПдравл!чш та елек-■ричн! приводи. Щ приводи мають сво! галуз! застосування зпдно з х функцюнальними можпивостями та необх1дними умовами технолопч-жх процес!в.

Перспективним напрямом е створення привод!в з використанням 1атер1ал1в з ефегегом пам'ят! форми (ЕПФ). Маючи ряд позитивних ,ластивостей(Еисок1 циклшна ст!йк!сть 1 питома працездатнють, колопчна безпека),приводи з силовими елементами з матер 1 ал ¿в з !ПФ здатн! розвивати велик! реактивн! напруження (5*р (£ = 7-8%) -00-600 МПа.

Величезний внесок у вивчення матер1ал!в, що мають ЕПФ, внеси Г. В. Курдюмов, Л. Р. Хандрос, Е. 3. Винтайк!н, а О. Лихачов, В. М. Хачин, ^ Б. Чернов, В. Дж. Бюхлер, Р. Вглей, Р. Дж. Василевеький та !НШ1.

Анал!з наявних у даний час досл!джень показав,що б!льшу IX астину присвячено особливостям технологи одержання ! механ!чно! бробки, вивченню ф!зико-механичних та х!м1чних властивоотей епла-1в з ЕПФ. Лише невелику частину праць присвячено практичному вас-осуванню матер!ал!в з ЕПФ, в основному нерозн1мним термомехан!ч-нм э' еднанням.

У той ж час практично не висв!тлено питания використання ма-эр!ал!в, що мають ЕПФ, як еилових робочих елеменпв привод!в ба-аторазово! ди. Для розрахунку деформац!йно-силових характерис-ш створено ряд моделей ! метод!в. Однак IX реал!защя пов'язана труднощами одержання попередньо1 1нформацп, виявлення пост1й-IX, що входять до визначального р!вняння. Кр!м того, б!льшу части-г методик розрахунку виконавчих деталей з сплав!в з ЕПФ не шд-зерджено екпериментальними даними. Тому створення науково обгрун->вано! та випробовано! методики розрахунку,проведения експеримен-ш.них досл1джень дасть змогу усунути цю прогалину ! на стад!1 юектування прогнозувати значения експлуатац!йних характеристик I конструктивн! параметри виконавчих механ!зм!в з сплав!в з ЕПФ.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Роботу виконано в!дпо-дно до Державно! программ "Пр!оритетн! напрямки розвитку 1уки ! техн!ки Укра1ни", напрямок " Еколопчно чиста енергетика I ресурсозбер!гаюч! технологи".

Мета та завдання досл!джень. Метою роботи е удосконалення за-б1В технолог1чного оснащения суднобуд1вного виробництва на ос-в! застосування матер1ал!в з ЕПФ. Для досягнення поставлено! ме-виршувались так! основн! завдання:

- розробка ф!зично! та математично! модел1 темяературних де-рмац!й та зусиль еилових елемент!в з сплавав з ЕПФ;

- досл1дження законом1рностей формування 1 проявления ефекту пам'ят! форми;

- розробка метод1в розрахунку експлуатад1йних характеристик сплав!в з ЕШ>;

- аналгз схем силових елемент!в на основ1 сплав1в з ЕПФ;

- розробка схеми, конструкторська проробка 1 практична реал1-зац!я приводу багаторазово! дп з силовими робочими елементами л1н1йного виду з матер1ал1в з ЕПФ;

- розробка алгоритму розрахунку привод1в з сплав!в з ЕПФ.

Достов!рн!сть наукових результат!в ! вионовк!в забезпечуеть-

ся коректнютю постановки завдання, застосування ф^зично ! матема-тично обгрунтованих метод!в виршення.

Обгрунтованють висновк!в шдтверджуеться задов!льною зб!кн!стю розрахункових та експериментальних експлуатац1йних характеристик елеменив з магер!ал!в з ЕПФ.

Наукова новизна полягае ось у чому:

- розроблено ф!зичну й математичну модел! температурних де-формащй та зусиль, шр 1х розвивають силов! елементи з матер!-ал1в з ЕПФ;

- на баз! математично! модел1 розроблено 1нженерну методику, яка дае эмогу визначити на стад!! проектування деформащйно-еило-в! характеристики й конструктивн! параметри привод!в цикл1чно! д!! з робочими елементами з матер1ал!в з ЕПФ;

- одержано експериментальн! дан! про вплив р!зних фактор!в на експлуатац!йн! характеристики сплав!в з ЕПФ л!Шйного виду, що працюють на розтяг-етиск;

- створено програмне забезпечення чисельних розрахунк1в приво-Д1в з сплав!в з ЕПФ на ЕОМ ;

- одержан! результати експериментальних досл!джень матер1ал!в з ЕПФ,як! шдтверджують правильн!сть теоретичних передумов та мож-ливють використання запропоновано! методики для практичних розра-хушав;

- розв'язано ряд завдань, що мають практичне значения.

Практичне значения роботи. Запропоновану математичну модель

! розроблену на я основ1 методику розрахунку деформащйно-сило-вих характеристик матер!ал1в з ЕПФ реализовано у вигляд! приклад-них програм для ПЕОМ. П можна використувати для розрахунку де-формащй та зусиль при проектуванн! привод!в з робочими елементами з сплав1 в з ЕПФ. Розроблений алгоритм в!др!зняеться в!д ра-Н1ше в1домих ун!версальн!стю, простотою 1 скороченням часу, пот-р1бного для розрахунку виконавчого елементу з матер!алу , що мае ЕПФ.

Впровадження результат!в роботи. Рекомендац!1 по розрахунку в!др!зного нашвавтомата з приводом з матер1алу з ЕПФ, а також

отримаш результати експериментальних досл!джень передан! суднобу-д1вному заводу 1м. 61 комунара 1 будуть використан! при техничному переоснащенн! Д!льниц1 по виготовленню вироб!в корпусодобудов-но! номенклатури. Застосування запропонованого в!др1зного нашвав-томата дасть змогу повнютю в1дмовитися на д!льниц! в!д викорис-тання станшй пдроприводу, шр веде до виключення матер!альних затрат на IX утримання ! шдвищэнню над!йност1 обладнання та еколо-пчно! безпеки виробництва.

Особиотий внесок здобувача полягае у розробц! ф!зично! ! мате-матично! моделей температурних деформац1й сплав!в з ЕПФ; проведен-н! експериментальних досл!джень працездатност! елеметчв з мате-р!ал!в з ЕПФ; розробц! методики розрахунку деформащйно-силових характеристик матер1ал!в з ЕПФ; розробц! в!др!эного нал!вавтома-та з приводом э силовими елементами з сплав!в з ЕПФ.

Автор захшае:

- ф!зичну ! математичну модел! температурних деформащй та зусиль силових елемент^в в матер!ал1в з ЕПФ;

- методику й алгоритм розрахунку привод!в багаторазово! дн з силовими робочими елементами л!н!йного виду з сплав!в, що мают ь ЕПФ;

- експериментальш досл1дхення характеристик матер!ал!в з ЕПФ Л1Н1ЙНОГО виду, що працюють на розтяг, при наведенн! та ре-ал!зац!! ефекту пам'ят! форми;

- конструктивне ршення в1др!зного нап1вавтомата з приводом цикл!чно! ди з силовими робочими елементами л!Н!йного виду з сплавав з ЕПФ;

- конструктивне р!шення пристрою для в!бронакатування з приводом з матер!алу з ЕПФ.

Апробащя роботи. Основы! результате дисертащйно! роботи допов!дались та обговорювались на пхдсумкових науково-техн!чних конференшях Микола!вського кораблебуд1вного тститугу - Укра-теького державного морського техн!чного ушверситету (1990-1996 рр.);Всесоюзн!й науково-техн!чн!й конференцп "Сучасн1 проблеми триботехнолог!!"(м. Микола!в, 1988 р.); 1-му М!;кнародному симаоз!ум! укра!нських !нженер!в-механ!к!в у Львов! (1993р.); Митародн1й науково-техшчшй конфереяци "Сучасн1 технологи складально-зва-рювальних процес!в у суднобудуванн! та машинобудуванш" (м. Школа"^, 1994 р.); наукових сем!нарах кафедри технологи суднового машинобудування МК1-УДМТУ (1990-1996 рр.); 1-!й М!жнародн!й науко-во-техн!чн!й конференцп "Проблеми енергозбереження та екологи в суднобудуванн!" (м. Микола1в, 1996 р.); Мьчснародному науково-прак-тичному симпоз1ум1 "Проблеми суднобудування: стан, !де!л рипен-ня" (м. Микола! в, 1997 р.).

Пубд!кац11. За темою десертаЩйно! роботи опубл!ковано 8 дру-кованих роб!т, з них I Патент Украпш.

Структура та обсяг роботи. Диоертац1я складаеться з вступу, п'яти розд1Л1в, висновку, списку л!тератури, який включав 153 наз-ви, та додатк!в. Загаяьний обсяг роботи складаеться в 155 машно-писних сторшок. Робота м!стить 36 рисунк!в 1 5 таблиць.

У вступи¡й частин! обгрунтовано актуальнЮть теми дисертацп, наведено дан! про наукову новизну та основн! положения роботи, як! виносяться на захист.

У першому розд1л1 зроблено огляд основних напрямк!в досл1д-ження, вид!лено роботи, що мають першорядне значения для дисертацп, сформульовано мету 1 завдання досл!дження.

Розглянуто питания викориотання матер1ал1в , що мають ЕПФ.як робочих силових елемент1в привод1в багаторазово! дп засоб!в ав-томатизацп. Проведено анализ матер!ал!в та сплав!в, в.яких вияв-лено ЕПФ, 1х властивоотей 1 термомехашчних характеристик. Обгрунтовано викориотання Н1кел1ду титану в приводах багаторазово! дн як такого, ¡до мае оптимальний спектр ф!зико-х!м!чних, меха-шчних та експлуататйних характеристик.

У другому розд1л1 описуеться метод моделюзання, методика розв'язання задач! по визначенню деформащйно-силових характеристик силових елемешчв з ЕПФ 1 проведено анал!з схем приводних силових елемент1в з сплав!в з ЕПФ.

Ф1зична модель температурних деформащй мютить силовий еле-мент з матер!алу з ЕПФ, поворотну пружину ! заготовку (рис. 1).

ЗМ1СТ РОБОТИ

Рис.1 ф!зична модель темлера-турних деформац!й:

1 - силовий елемент з мате-р!алу з ЕПФ ; 2 - поворотна пружина; 3 - деталь.

Продеформований пружиною на величину До о силовий елемент э матерюяу з ЕПФ, що знаходиться у низькотемпературн1й (мартенсит-н!й) фаз1, при зворотному мартенситному перетворенн! (до аусте-Н1ТНОГО стану) набирае вих!дно! форми - реал1зуетьея ефект пам'я-т1 форми (А^р ). Зусилля, що розвиваються при цьому, застооовують для технолопчних шлей (налриклад, р!зання матер1ап1в). Наступне охолодження приводить до повторно! деформацп силового елемента. Цикл завершено.

Процес нагр1ву може зд1йснюватися пропусканиям через силовий елемент електричного струму, а охолодження - природного чи приму-совою конвекц!ею.

Точне описания ф!эико-механ1чних процес!в , що в!дбуваються в систем!, утруднено. Виникае потреба введения спрощувальних лрипу-щень.

Ыатер1ал з ЕПФ 1зотропний 1 мае однаков1 ф!зико-механ!чн1 та термодинам!чн! параметри по всьому об' ему силового елемента. Про-цеси нагр!ву та охолодження за пер!од циклу р!зання - стацюнар-н1. Л1н1йн1 перемщення в поперечному напрям! эначно менш! за осьов! - 1х впливом нехтуемо. Ефект пам'ят! форми обумовлений зм1-ною модуля пружност! 1з зм1ною температури й ототожнюеться з пру-жною деформащею. Останне припущення мае силу 1 при охолодженн!. Цикл р1зання матер1алу визначаеться т1льки часом нагр!ву й охолодження силового елемента

3 урахуванням прийнятих припущень математична модель для довольного силового елемента подаеться системою р1внянь:

. . (1) dNL=AidXi; >

Нр^ГТдЗ-Э^ „

де (¿(^^¿Ой^р- в!дпов1дно шдведена й выведена в1д си-ювого елемента теплота; -зм1на енталыш силового елемента;

- зусилля, що виникають при зм!н! температури; Ас - коеф!-Цент пропорц1 оналыгосг 1 ; 6} - напруження , що виникають у ■.иловому елемент!; - зусилля р!зання; Бд - плошд поперечно-■о перер!зу детал1; [ (.¡¡]- допустиме дотичне напруження для дега-[1;С|.ЗС;-зм!на поточних координат силового ! зворотного елемент!в.

Граничш умови системи (1) характеризуют^ мартенситний (;1-0) та аустештний 0-1) стани силового елемента 1 мають вигляд:

(2)

¿ = 0:Х = г0;Д=л£о/С=дСо,Ь1о,Е«Е0|бГ=<%;

деХ- час нагр!ву (охолодження) силового елемента; д ^, Д Су -в1дповгдно перемицення силового елемента 1 поворотно! пругкини ;

■Ц - температура силового елемента; Е : - модуль пружност! матер 1алу з ЕПФ. "

Шсля в!ДП0В1ДНИХ перетворень та постановок розрахункова система алгебра!чних р!внянь для визначення параметр!в силового елемента л1Шйного виду подаеться такими залежностями:

л

>

(3)

бо * [б03;

С,* [6,3;

де 1 - сила струму; К - електричний ошр пров!дника(силового елемента з матер1алу з ЕПФ); Хер- середне значения конвективно! теп-лов!ддач! у процес1 нагр!ву чи охолодження; -охолоджувальна бо-кова поверхня пров1дника; "Ьна^ " температура навколишнього сере-довишэ; - зюрсткють пружини; См - теплоемнють матер1алу з

ЕПФ; М - маса матер1алу з ЕПФ, що нагр!ваеться; р - площа поперечного перер!зу силового елемента з матер1алу з ЕПФ.

Адекватнють прийнято! математично! модел1 визначалася шляхом пор!вняння розрахункових та експериментальних значень силових елемент!в , виконаних з Н1кел1ду титану ( ТН-1К, виготовлювач--НВО В1ЛС, м. Москва ; ВОДЫ, виготовлювач - ВО В1АМ, м. Москва).

Зютавлення розрахункових та експериментальних значень дефор-мащйно-силових характеристик лтйних силових елемент^в П1д-твердл^е 1х задов!льну зб!жн!сть 1 достов!ршсть прийнято! матема-

гично1 модели (розб!жн1Сть у межах похибки експерименту 10-15%). Аналог1чн1 результати одержано при досл1дженн! пружинних га П1вк1льцевих оилових елемент!в з матер!ал!в з ЕПФ, що св!дчить про ун1версальн1еть запропоновано! математично! модель

Виб1р силового елемента обумовлений р1зними факторами, яайю-готн1шими з яких е величини перемщень 1 зусиль, що розвиваються, а також конструктива особливост! самого привода. Анал1э механ!з-М1в, призначених для в1дтворення зворотно-поступального руху, дав змогу спинити виб^р на таких схемах силових елемент!в: л!Н1ЙН1, П1вк1льцев1, пружинн1 . Попередн!й розрахунок показав, що при дещо менших величинах перемщень силов! елементи л!н!йного виду , що працюють на розтяг , мають найб!льш! зусилля,що розвиваються. Це цае шдставу рекомендувати IX у багатьох випадках як робоч1 елементи привод1в цикл1чно1 ди 1 вимагае проведения поглиблених ек-эпериментальних досл1джень.

У третьому розд1л! даеться опис експериментальних досл1д-ксень впливу р!зних факторов на повед!нку характеристик сплав1в з ЕПФ л!н1йного виду, що працюють на розтяг-стиск.

Здебиьшого вплив напружень на величину терм1чно зворотно! де-формацп виявляетьея досить складним. Тому експериментальн1 дос-л^дження е одн!ею з головних складових при розв'язанн! практич-них завдань щодо обгрунтування систем!! функцюнальних характеристик та одеркання оптимакьних параметр!в значень пам'ят1 форми.

Для реал!зац!! експериментально! програми досл1джень деформа-щйно-силових характеристик ! параметр!в температури ЕПФ викорис-гано сплав типу шкел!ду титану ВСП-1. Температурний !нтервал фа-зових перетворень сплаву при охолодженн! Мц - 60. ..80°С ; Мк. 30... 50° С; при нагр!в! Ан - 80... 90 0 С; Ак - 85... 115 С. Х!М!чний эклад, механ1чн1 властивост! визначен! заводом - виготовлювачем.

Досл!дницьку програму виконано з використанням метод!в дос-Л1джень сплав1в з ЕПФ з наведекням пам'ят! форми в процес1 термо-механ!чного впливу в интервалах мартенситних перетворень.

Характеристики ЕПФ визначались на установи на баз! модерн!зо-вано! машини УММ-5. 3 метою розширення можливостей експерименталь-иу установку було укомплектовано електричним блоком , який забез-печував перюдичний нагр1в зразка пропусканиям електричного струму , приладом для вим!рювання та регулювання температури (потен-^¡ометр КСП-1), спец!альним пристроем . Охолодження силового елемента зд1йснювалось природного конвекщею.

Необх!дн!сть модерн!зац!1 пристрою для кршлення експериментальних зразтв була викликана тим, що штатн1 захвати давали змогу випробовувати лише одиничш зразки. При малому дтметр! силових елементав площа !х поперечного перер!зу не пор1внянна з практично використовуваними елементами; при великому д!аметр1 - на гфект пам'ят^ форми справляе вплив нестац!онарн!сть мартенситних

перетворень за об' емом зразка.

Характерною особливютю матер1ал!в з ЕПФ е здатнЮть в!дтворю-вати необмежену к1лькють раз1в Пстерезис напруження (деформащй) - температура при периодичному нагр1ва та охолодженн! . При цьому необх!дно враховувати, що при перших темоциклах в!дтворення термомехашчного пстерезиеу не бувае абсолютним. Пстерезиона петля стаб¡Л1зуеться лише шеля зак!нчення певно! шлькост! теп-лозм1н. Враховуючи це, у робот! було вивчено вплив попереднього термосилового циклування на формування оптимальних характеристик сплаву ВСП-1.

При проведенш експериментальних досл!джень вар!ювалися так! параметри: напруження наведення Он. 1 напруження опору <э0п (150; 200; 250; 300; 350 Ша); к1льк1сть термоцшипв ; жорстк!сть режиму К14 - 0; 1.

Експерименти показали наявнють у сплав! ВСП-1 областей неста-б1льних 1 стаб!льних значень експлуатащйних характеристик. При цьому, незалежно в!д режиму термосилового циклування 1 величин значень та б"оа,повна стаб^защя значень наставала при К1ль-кост1 термоцикл^в ГЬ-6... 8. Це шдтверджуе необх!дн!сть термосилового циклування при наведенн! ефекту пам'ят! форми для формування функщональних характеристик сплав!в з ЕПФ. Термосилове циклування эб1льшуе оборотну деформащю, зменшуе загальну та необоротну деформацп, дае змогу стаб1Л1зувати р!вень !х значень. Термосилове циклування при КТ1*-1 б^льш ефективне, н!ж при Ктч -0, тому що необоротна деформащя знижуеться до 0,1... 0,3 % . Оптимальним числом цикл!в е ГЪ -10. Подальше термоциклування недоц1льне

через повну стаб!л!зац!ю деформащйно-силових характеристик.

Величини загально! ! терм!чно оборотное деформацп залежать В1Д безл1ч! фактор!Е. Однак основною характеристикою, що впливае на них. е напруження наведення. Досл^дження цього питания показало, що залежност! загально! ! терм^чно оборотно! деформащй в1д напруження Он, для зразк!в , не п^дданих попередньому термосиловому циклуванню, мають приблизно л!н!йний характер. Склад-н1шою е повед1Нка зразк1в, що пройшли попередне термосилоЕе циклування при боа-0 1 бон.- ■ У цьому зв'язку виникла

потреба досл!дження впливу на деформащю режим!в термосилового циклування при р1вних сшвв1дношеннях напружень наведення й опору.

Для виршення поставленого завдання було проведено дв! серп експериментальних досл^джень: з €><£.- О та 60п,- ШЪ . Узагальнен! результати досл1джень подано на рис. 2,а; 2,6.

Одержан! експериментальн! значения вказують на як1сну зм1ну деформац!йно-силових характеристик при термосиловому циклуванн! 3 Зогг-^0-1 1 дають змогу рекомендувати даний вид стаб!л1зуючого термосилового циклування при формуванн! експлуатащйних парамет-р!в силових елемент!в з сплавав з ЕПФ при напруженнях опору по-

над 50 МПа. Одержання максимального значения терм1чно оборотно! деформацп при оптимальному р1вн! силових характеристик досяга-еться попередн!м стаб!Л1зуючим термосиловим циклуваням з €>к -- 300 МПа та 60п,- 250 МПа.

5]

б-„,

ИПс

500

т ж ж 100 о

3 4

/ 2 N

Ж

(

/ 1

¿.О 15 3,0 3,5 4,0 4,5 20 2.5 3,0 3,5 \0

Рис.2 Узагальнен! Д1аграми деформащйно-силоеих характеристик: 1,2,3,4,5 -напруження наведения е!дпов1дно 150, 200,250,300,350 МПа

У четвертому роздал! наведено термомехан!чну схему 1 на баз! математично! модели створено методику розрахунку л^шйних силових элементов з магер1ал!в э ЕПФ; запропоновано рекомендацп з проек-гування та складання для забезпечекня оптимальних експлуатац!йних характеристик привод!в; проведено розрахунок показник!в функцюну-зання ! конструктивна параметр!в привода; зд!йсиено конструктор-зьку проробку й практичну реал!зац!ю в1Др!зного нап!вавтомата з приводом з материалу з ЕПФ; вапропоновано копструкдио пристрою 1-пя в 1 бронакатування.

Термомехан;чну схему в1др!8ного нашвавтомата подано на рис.3.

Рис.3 Термомехашчна схема в1др1зного нашвавтомата :

1-елемент з материалу з ЕПФ;

2-поворотна пружина ; 3,4-рухома 1 нерухома траверси; 5-ножи.

Для одиничного (О силового елемента вих1дна система р^внянь запи-шеться у такому вигляд1:

[ 1Рь "^Г^^-^ЙДка^-СмКДЧо); ЕЛчЛ^с

и

= АаС0К;

(4)

а Ибо!;

де - питомий електричний олгр матершлу з ЕПФ; Рс = —~

- площа поперечного^перер1зу приводного елемента; сЦ - д!аметр елемента; M¿ - мае а елемента з ЕПФ; р - густина ма-

тер! алу з ЕПФ. 4 1 ^

- 13 -

Шеля 1Идпов1дних перетворень замють системи (4) маемо:

;

. л

(5)

6, -<Гб,],

Лнал1з Р1внянь св!дчить: диет р!эання залежить в основному В1Д 1нтервалу охолодженкя матер1алу з ЕПФ. Тому конструктивш параметра привода Еизначаютьея,насамперед, интервалом охолодження дТохл>а такм в1дносним подовженням д^ .площею поперечного перерезу детал! 1 пост!йними, що характеризуют материал з ЕПФ, -

Оптимгзащя експлуатащйних характеристик привод1в цикл1чжп дп з силовими елементами з матер1ал1в з ЕПФ можлива за рядом напрямхв. Найбхльш перспективным е варшзанкя конструктивних р1-шень 1 метод!в складання самих привод!В.

Дослужено вар^анти аустен1тного та мартенситного складання приводив р1зно! компоновки, проанал13овано 1х технолог ¡чнють, позитивн 1 якост 1 та недолши.

3 допомогою запропоновано5 розрахунково! методики проведено розрахунок покаэник1в функцюнування та конструктивних парамет-р!в привода з силовими робочими елементами лпийного виду з мате-Р1алу з ЕПФ, виконано конструкторську проробку й практичну реализаций в1др1зного нап 1 вавтомата з приводом з материалу з ЕПФ.

На рис.4 показано В1др1зний нашвавтомат, який мютить привод цшшчно'! д!1 з силовими елементами 16 з матер1алу з ЕПФ та контртхло (поворотш пружини 10). Нашвавтомат включае праву та л1ву ст1нки 1, кришку 2 та основу 3, до яких кршляться рештз деталей 1 привод.

[©,], сео], Е., , Е

о ■

Рис. 4 Конструкт я в1Др1зного нашвавтомата з силоеими елементами з сплаву з ЕПФ

Основними деталями В1Др1зного нашвавтомата е рухомий шж 4. встановлений на повзуш 5, 1 нерухомий н1ж 6, встановлений на стояку 7. Регулювання та закртлення нерухомого ножа виконуеться з допомогою болт 1в 8. Повзун з'еднаний з напрямною 9 (2 налрямнО, на як1 одягаються поворотш пружини 10. Регулювання зусилля шд-тиску поворотно1 пружини виконуеться гайкою 11, а закрепления напрямних - гайками 12.

Привод В1др1зного нашвавтомата мостить двг пари симетрично розташованих осей: рухомих 13 1 нерухомих 14 (другу нерухому ысь на рисунку не показано). На ос1 одягаються текстол!тов! котуш-ки 15; на якл намотано силов! елементи з матер!алу з ефектом пам'ят1 форми 16. В1льн] К1нщ левого силового елемента ф^ксують-ся е двох вузлах 17, що складаються з набору текстол!тових шайб 1 втулок i виеодяться до джерела живлення 18. Аналог¿чно ф^ксу-еться правий силовий елемент (вузли кршлення на рисунку не показано). Для електробезпеки л^ву та праву частини привода закрито кожухом 19.

Складання в!др1зного нашвавтомата ведеться таким чином.Опечатку складають ус! елементи нашвавтомата, кр1м привода 1 контр-т^ла. Шсля цього встановлюють 1 закр1плюють котушки 15 з тер-мообробленими силовими елементами, що пройшли стаб!Л1зуюче термо-силове циклування. Встановлюють поворотш пружини 10. Обертаючи регулювальну гайку 11, перем1шують рухом1 ос! 13 у верхне крайне

положения. Пюля увшкнення силових елемент!в у джерело живлення 18 i встановлення кожуха 19 нашвавтомат складено, bíh готовий до екоплуатацп.

В1др1зний нашвавтомат працюе таким чином. При роз!мкнутому реле силов1 елементи 16 знаходягьея у мартенеithíA фаз!, а рухо-mí oei 13-у верхньому крайньому положены!. При замиканн! реле в1д-бувавтьея пропускания струму через силов! елементи 16, ix нагр!в í перех1д до ауотен1тного стану. В результат; реал1зацп ефекту пам'ят! форми зменшуються Л1Н1ЙН1 posMipn силових елемент1в i pyxoMi oci перемниуються в нижне крайне положения,- виконуеться корисна робота. Пюля розмикання реле в робочих еле ментах 16 В1дбуЕаеться пряме мартеноитне перетворення 1 повороти i пружиня 10 переЕодять рухом! oci у верхне крайне положения. Технологi4-ний никл в!др1зування завершений, нашваЕТомат готовий до нового циклу.

Техшчний прогрес у суднобудуванш грунтуеться не ильки на cTBopenHi нових матер!ал!в, пол1пшенш конструкт'i машин, а й на постойному вдосконаленш технолог! i ix виробництва. що обновлено потребами еуднобудування у надойних та довговгчних суднових машинах та механизмах.

Довгов1ЧН1Сть машин i мехатзмзв, за íhihux однакових умов, значною mí рою залежить Bifl MiKporeoMeTpii з'еднуваних поверхонь. Однак розвиток цього напряму впираеться у створення достагньо дооконалого i в той же час простого методу утворення регулярних М1Крорельеф1Е на поверхнях р1зних форм та posMipiB.

Для реал1зашi поставленого завдання були розроблеш прис-тро! для накатування i накатник для чистово! i змщнювально! об-робки, зачищенi авторськими св1доцтвами.

3 метою розширення технолог iчних можливостей эалропоновано конструкции пристрою для в iбронакатування з приводом з матерíany в ЕПФ, яка захищена Патентом Укра!ни. Застосування пристрою дае змогу одержат» практично необмежений д!апазон регулярних рельеф!в i3 зм1нними геометричними параметрами канавки.

У п'ятому розддл] наведено завдання впровадження результат i в }осл1Джень, анализ технжо-економхчно! ефективност! використання .<атер1ал1В з ЕПФ в силових проводах saco6iB технологi4Horo осна-цення i галузей ix застосування, алгоритм розрахунку деформащй-ю-силових характеристик i конструктивных параметров привод!в.

У заключи iй частит вроблено вксновки щодо дксертац1йно! ро-юти, проведено анашз теоретичного i практичного значения ре-:ультат1В, дано рекомендац! 1 по ращональному ix використанню.

У додатку наведено програму випуску вироб1в корпусодобудовно! оменклатури, а також надан1 Патент Украши N 9926, документ« по провадженню результат i в роботи .

- 16 -

ОСНОВЫI РЕЗУЛЬТАТИ I ВИСНОВКИ РОБОТИ

1. Обгрунтовано молшшсть 1 доц!льн1сть застосуЕання мате-Р1ал!в, що мають ефект пам'ят! форми, як робочих силових елемен-TiB привод!в багаторазово! дii в певних галузях суднобудування. Використання цих привод!в дае так1 переваги: зменшення масога-баритних показник!в; спрощення конструктi i Шдвищення технологичности; шдвищення над!йност1 та еколог!чно! безпеки.

2. Отворено математичну модель температурних деформац1й мате-р1ал1Е з ЕПФ та перев!рено и адекватнють. Задов1льна зб!жн!сть розрахункових та експериментальних значень експлуатац!йних характеристик (розб!жн!сть - у межах похибки експерименту 10-15 %) силових елемент1в як Л1н1йного, так i пружинного i швк!льцевого ви-д1в, св1дчить про ушверсальнють запропоновано! математично! модель

3. На Шдстав1 математично! модел! виконано разрахунки i проведено пор!вняння р1зних BapiaHTiB схем силових елемент!в, як! да-ють змогу реал!зовувати зворотно-поступальний рух. Анал1з схем силових елемент!в (л1н!йного,п1вк1Льцевого i пружинного вид1в) показав : при дещо менших величинах перемщень силовi елементи л!н!й-ного виду, що працюють на розтяг-стиск, мають зусилля, як! можуть найб!льше розвинутись. Це дае змогу рекомендувати ix у багатьох випадках як силов1 елементи приводив цикл1чно1 дп.

4. У результат! експериментальних досл^джень niдтверджено, що для формування оптимальних експлуатац!йних характеристик робочих елемент!в виконавчих механ!зм1В з матер!ал!в з. ЕПФ потр!бне попередне стаб!Л!зуюче термосилове циклування /СТСЦ/. Виявлено, що найб!льш значущими параметрами СТСЦ е: напруження наведення ; напруження опору 0оа ; к!льклсть термоцшшв ГЬ ;температурний интервал СТСЦ; сшвв^дношення напруження наведення О'ц, i напруження опору б"огг-

5. На баз! математично! модел! розроблено !нженерну методику, яка дае змогу на стадп проектування визначати деформащйно-сило-Bi характеристики i конструктива параметри приЕ0Д1В з робочими силовими елементами з матер1ал!в , що мають ЕПФ. Встановлено,що конструктивы параметри привода залежать, насамперед, Bifl интервалу охолодження Д^ом матер1алу з ЕПФ , а також в1д вгдносного подовження д£р , площ! поперечного nepepisy детал! Sj 1 пост!й-них, що характеризують матер!ал з ЕПФ, Е<, Е0.

6. Визначено й проаналгзовано можлив! напрями оптим!зац1! характеристик привод1в цикл!чно! дп з робочими елементами з матер!-ал1В з ЕПФ. Найб1льш перспективним с варшвання конструктивних pi-шень i метод1в складання самих привод1в.

7. Досл!джено вар!анти аустештного та мартенситного складання привод1в з антифазним розташуванням силових елемент1в i прове-

дено анал1з ix технологiчностi, позитивних якостей i недол1глв. Показано, що мартеноитне складання мае ряд ютотних переваг по-pi вняно з аустештним складанням.

8. Створено програмне забезпечення чисельних розрахунк!в привод! в з силовими елементами з матер1ал1в з ЕПФ.

9. 3 допомогою розроблено! методики проведено розрахунок по-казник1в функщснування i конотруктивних параметров привода. Зап-ропоновано схему, проведено конструкторську проробку i практичну реал!зац!ю в1др1зного нап1вавтомата з приводом з сплаву ВОП-1 для заводу 1м. 61 комунара.

10. Запропоновано конструкщю пристрою для в1бронакатування [з приводом з матер1алу з ЕПФ) для нанесення регулярного мшро-рельефу на поверхн! тертя, яка захищена Патентом Украхни. Кон-этрукщя шдвишуе продуктивнють процесу, розширюе технолопчн1 >,южливост! за рахунок створення необмеженого д!апазону регуляр-зих рельеф1в 1з змшними геометричними параметрами, дае змогу ав-гоматично регулювати зусилля деформування для компенсацп техно-поп чних похибок.

11. Комплексне виршення завдання по створенню привод!в нового типу (математична модель, !нженерна методика розрахунку, практична реал1зац!я) в1дкривае нов! можливост! в проектуванн! та застосуванн! автоматизованих технолончних систем.

СПИСОК ОПУБЛIКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦП:

1. Козленко А. А. , Албантов А. К. Приближенная математическая юдель температурных деформаций приводных силовых элементов из ма-'ериалов с эффектом памяти формы // Триботехнология судового машиностроения: Сб. науч. тр. - Николаев: НКИ, 1992. -С. 123-128.

2. Козленко А. А. , Албантов А. К. Исследование параметров привод-1ых силовых элементов полуавтоматов резки материалов // Триботех-юлогия судового машиностроения: Сб. науч. тр. - Николаев: НКИ, 992,- С. 128-130.

3. Козленко А. А. Применение материалов с эффектом памяти фор-<ы при изготовлении деталей корпусодостроечной номенклатуры // ¡троительная механика корабля: Сб. науч. тр. - Николаев: УГМТУ, 1997.

4. Соловйов С. М. , Козленко О. О. , Албантов О. К Математична мо-[ель привод!в з силовими елементами з матер!алу з ефектом пам'ят! орми // Пращ I М1жиародного симпоз1уму украшських !нженер1в-ме-:ан1К1в. - Льв1в. - 1993. - С. 281-282.

5. Козленко 0.0. Матер1али з ефектом пам'ят! форми у суднобу-;уванн1 // Пращ Шжнародного науково-практичного сшлюз1уму Проблеми суднобудування: стан, 1де1, ршення". - Миколахв,-997.

6. 1вахненко М. М., Галь А. Ф., Козленко 0.0. Пристр1й для в!б-

ронакатування (з приводом з матер!алу з ЕПФ). Патент Украши N 9926, Вкш. N3, 1996 р.

В роб. С1; 4] оообистий внесок Козленко О. О. полягае у розробц! ф!зично! 1 математично! моделей; в роб.[2]-досд!дженн! 1 розрахун-к1 елемент1в з матер!ал1в з ЕПФ. В робот! [63 Козленко 0.0. эапро-понував застосування матер!алу з ЕПФ для приводу додаткового де-формуючего елемента.

Козленко О.О. Удосконалення засоб1в технолог!чного оснащения на основ! застосування матер!ал!в з ефектом пам'ят! форми. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата техшч-них наук за спец!альн!стю 05. 08. 04-технолог!я суднобудування та судноремонту. -Укра1нський державний морський техн!чний ун!верси-тет МО Укра!ни, м. Микола!в, 1998.

Дисертащя присвячена питаниям застосування матер!ал!в з ефектом пам'ят! форми у приводах технолог!чного оснащения судно-буд!вного виробництва. У робот1 розроблен! ф!зична й математич-на модел! температурних деформащй ! створено на !х баз! методику розрахунку деформащйно-еилових характеристик ! конструктив-них параметр!в привод!в з силовими елементами з матер!ал!в з ефектом пам'ят! форми. Проведено експериментадьну ощнку працез-датноси елемент!в з матер!ал!в з ефектом пам'ят! форми. Запро-поновано конструктивне р!шення в!др!зного нап1вавтомата з приводом з матер!алу з ефектом пам'ят! форми.

Ключов! слова: ефект пам'ят! форми, засоби технолог!чного оснащения, математична модель, методика розрахунку, силов1 еле-менти з матер!ал1в з ефектом пам'ят! форми.

Козленко А. А. Совершенствование средств технологического оснащения на основе применения материалов о эффектом памяти формы. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.08. 04-технология судостроения и судоремонта. -Украинский государственный морской технический университет МО Украины, г.Николаев, 1998.

Диссертация посвящена вопросам применения материалов с эффектом памяти формы в приводах средств технологического оснащения судостроительного производства. В работе разработаны физическая и математическая модели температурных деформаций и создана на их базе методика расчета деформационно-силовых характеристик и конструктивных параметров приводов с силовыми элементами из материалов с эффектом памяти формы. Проведена экспериментальная оценка работоспособности элементов из материалов с эффектом памяти формы. Предложено конструктивное решение отрезного полуавтомата с приводом из материала с эффектом памяти формы.

Ключевые слова: эффект памяти формы, средства технологического оснащения, математическая модель, методика расчета, силовые элементы из материалов с эффектом памяти формы.

- so -

Kozlenko A.A. Improvement of means of technological equipment on the basis of the use of memory metals. -Manuscript.

Thesis for a degree of Master of Science by speciality 05. 08. 04-Technology of Shipbuilding and Shiprepairlng.-Ukrainian State Marine Technological University, ME of Ukraine, Nikolaev, 1998.

The thesis is devoted to use of memory metals in drives of technological equipment in Shipbuilding. Physical and mathematical models of thermal deformations have been worked out. The method of calculation of deformation-force characteristics and constructive parameters of drives with power elements made from memory metals have been created on the basis of above-mentioned models. The experimental estimation of efficiency of elements made from memory metals has been carried out. A constructive decision of semi-automatic cutting machine with drive made from memory metals has been offered.

Key words: memory-effect, means of technological equipment, mathematical model, method of calculation, power elements made from memory metals.