автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Рационализация конструкций станины радиально-обжимных машин

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНИКТ РФ ПО ДЕ ЛАМ НАУКИ И ЕЫСИЕИ 10Я1 ÍÍOCKOECm ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО SHAfiEBî СГАЙ1ШГСГРЭТ.ЕКТАПЫШЙ ИНСТИТУТ

РАЦ1И!!АЛЗАШШ КОНСТРУКЦИЯ СГГАШЗ! РЛДИАЛЬНО - ОЗП52ГЛ ¡{.УШ

Сйгещалнгость : 03.03.03 - Продсссз п teman обработан

дзллэгглсгд

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация па сояскашга учэпоЯ стопенп кандидата техлкчзскш: пзук

УДК 521.73.C3-21G.5.001.2

МОСКВА 1SS2

Работа выполнена в -Московском ордена Трудового Красного Знамени ставкоинструкентаяьном институте.

Научны;"! руководитель - доктор технических наук, профессор кафедры АСШМД Сияанов В.И.

Официальные олпояеиты :

- доктор технических каук, профессор ка$едры МТ-3 МГТУ им.Баумана Свчшызшов А. Г.

- кандидат технические наук, доцент ка$адры "Сопротивление материалов" Коссташаша Юсов В. 31.

Ведущее предприятие : ЦБКМ, г.Москва.

Х' -/4

Вадата состоится ' " ~~ 1892 г. в часов на заседании специализированного совета Д. 063.42.01 при Московском станкоинструкентальвом институте по адресу 101472, ГСП, Москва, Вадковскнй лераулок, д.За.

С Диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского станхсглнстру/,катального института са месяц, до эаадты.

44 /У

Автореферат разослан " " —_ 1992 г.

Учены& секретарь специализированного Совета Д 063.42.01 д.т.н., профессор

Бубнов В.А.

гНЬин^ IЬКА,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛЗ.ТП.

> Актуальность. Задачи создания кузнично-прессового оборудования минимальной металлоемкости с заданный параметрами прочности и жесткости могут «Зыть у спутаю решены только в условиях эффективной системы проектирования и производства. Радиально-ойзшмные машины относятся к классу прецеэионная ¡суэнечно-прессовья машин, поэтому треоования к их проэкти-эовании повышенные.

Несмотря на ряд преемуществ рапиаяьного обжатия заготовок керед традиционным!: способами ОМД я неуклонно воэрастащуи ютребность промышленности в качественных поковках широкой юменклатуры радиально-облшмные машины (РОМ) не нашли широкого ¡рименения. Это объясняется на только малой изученность» фоцесса радиального ойасатия, но и ограниченными исследова-шями по совершенствованию конструкций РСК,

Существующие приближенные (проектировочные) методы рас-юта на прочность базовых деталей куэнечно-прессового >борудования, позволяющие получить ориентировочную оценку ровня напряжений в нагруженных сечениях, рассчитаны для есложннх пространственных конструкций "и схем нагруаения. Их спольэование для расчета нетрадиционных конструкций базовых еталеЯ куэнечно-прессового оборудования. какими является танинн рздилльно-обадмнчх машин, не представляется всгшогаьм.

В настоян?? время при проектировании {•ачоячч Я<?тялр1 уэиеииого оберут спчния широко нспояьяур ' С Я ТГ>7чип ЧИ^ЛРЦЧЫЭ атолн р^с.прта, нчпй'л'"»» р *«'»!р0р1 ря 1»«ч»»№» и? исгср"» !»п-!яотс»

- с -

метод конечных элементов. Однако для выбора окончательного варианта проектируемой станины радиально-обжимной машины из нескольких вариантов требуется провести значительный объем итерационных вычислений, что довольно трудоемко и не всегда Сйравданно. Правильность окончательного решения не в меньшей степени зависит и от квалификации проекткроввшка.

Обзор литературы, касающийся исследований радиально-.обжимных машин, показал, что они носят ограниченный характер и касаются в основном совершенствования технологии изготовления кэделий радиальным оОглтием. Исследований станин радиально-обетмных машин не проводилось. Проектировочные методы расчета станин радиально-обгамных машш отсутствует.

Б связи с этим актуальным становится выявление влияния технологической нагрузки на распределение напряжений в станине й контактное взаимодействие несувдх деталей радиально-обжимной кгшшы.

[!-.~.~-:э кастояЕеЛ работы является минимизация массы конст-рукциз станины радиальяо-обхииной ьшзшы модели К. 03.9.32.03 усйлием 1600 кН на боек при сохранении или повышении ее прочности п жесткости, а такке разработка рекомендаций по проектированию станки р'адигяьно-обжимяых кашн другая типоразмеров.

!'это,-1пса исследований. Теоретические исследования базируются на основных полс-генияя теории упругости. Для исследования цалрЯЕенно-дефсрмзроваяного состояния станины РОК пргшэпялса цэтод конечных злеиентов : яспользовзпоя

программный продукт " Интегральная система прочностного анализа BASVS ". Экспериментальные исследования проводились а заводских условиях на эксплуатируемой радиально-обжимноД машине с использованием метода тенэометрирования н современной контрольно-измерительной аппаратуры.

Научная новизна работы заключается а :

- разработанных математических конечноэлеыентных моделях станин радиально-обжимных машин различной степени сложности;

- установлении характерных особенностей распределения напряжений и перемещений в конструкциях станян радиально-обашмных машин

- установления влияния контактного взаимодействия несудах деталей РОМ на напрякешю-д?£ср?дфог.п:::!оо состояние станины.

- оценке усталостной прочности стзлтш исследуемой ради-ально-обжимной чаш?ни н определены! величин коэффициентов запаса в наиболёе нагруженных сечениях станины .

Практическая ценность работы заключается в :

- разработанных рекомендациях fío рационализации распределения металла в элементах станины исследуемой радиальио-обжчмноД машины по критериям прочности и жесткости в соответствии с результатами математического моделирования, подтвержденных экспериментально;

рекомендациях по проектирорапиг станин рдт,1ягыи>-рс<*ии!".!:< пяти» других ¡ипораэм»роч на о'-нс*» чр-чпи-

HOt о 1'р !Т1Ч>-> -(!"' i ПроЛПЧГЗРМ^Я МРТ'ЛИК«4 ' Hi)<--

« Ч~П I' КС'У'ПН'»?.'''"!«!*« i IT ГО 1 * ''Til " t T.V •

Д8§орккрраанното состояния станины радиально-обжямных машин.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и обсуждены на производственном совемнии исполнителей х/д темы ГККГ 'Технология и оборудование ГАП ответственных, сложных и массовых деталей иэ непрерывно литых заготовок методами развитой сдвиговой пластической кацяи". г. Рязань, ЛО "Тяхпрессмаш", 21-22 ноябрь 1991г.

Внедрение результатов работы. Передача рекомендаций по рационализации станины исследуемой радиально-обкимной машины и предлагаемой методики проектировочного расчета станин радиальяо-обжимяыя машн на Рязанское ПО "Тяжпрессмаш" дяя использования при модернизации существующих и проектировании новых моделей радиально-обжимшх машин.

Публикация. По теме диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ.

Сбьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, вести глав, заключения, списка используемой литературы (138 наименования), приложения, содержит 112 страниц машинописного текста,. 65 рисунков, 22 таблиц.

СОДШСШЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность работы, дана ее обвдя характеристика, сформулированы положения, которые выносятся на защиту.

В перзоЯ гдапе представляемой диссертации на осиопе обзора определены особенности существующих конструкций радиально-обкишшх машин, выявлены характернее элементы станин по признаку предполагаемой нагруяенности, определены отличия конструкция станин отечественных РОМ от зарубежных и их оснозпуз-недостатки. В этом разделе сформулирована цель работы.

Результаты обзора конструкций PO'i позволяет заключить, что наиболее распространенным классом Р0'( являются четнрэхбоЯЮЕЫэ радяально-обжимные машины шатунного Tima с кривойзтно-кулиснк^ исполнительным механизмом горизонтального исполнения. Прэи!.!у-цэстга 37 ого класса РОМ эаклрчзатся в з'Л универсальностл, высоком числе ходов в г.ппуту л высоко/1 точности раэкэроз по сеченио получаемых поковок. В нашгЗ стране на Рязанском ПЗ "Тяжпрессмзп" создана rasca РОМ такого nina усилие!.! до 16003 кН на боек. Однако и? cspitfно™ производство не палагенс. Освоенные на сегсгая модели РО?' щ это'! гангА! кзготовяэгш

единичный! Сбр2ЙЦЗ!.П!.

Станины Р0?Г исследуемого класса изготавливаются сборнкш, состоящими из ковочного блока и "шяуха зубчатого привода", или цельнолитыми (отечественные *Р0Ш. На основе анализа особенностей конструкций станин РО!?- выявлены характерны?» элементы станин по признаку степени предполагаемой нагруяен-ности ( Рис.1 ). Предполагается, что осноануп еялолуп нагрузку воспринимают опорные стрнкя ковочного блока.

Схрмя нагругриня станины РОМ является опней ю ичиболор

СЛОКИНХ ЛЛТ КУ^МРЧЯО-ПррРСОЯМХ МДИЩИ. ()!П 4--!!IVJ>Jr,T''T pinrir-unp-НО<? рпстчч-т.щкг Í1 Ч;?Т"-РЭЧГШ'ТПГр'ЮНДИКу-Ч!'!"^ firing n'iPintrtlí

( ваптмрл«»!!» r,p»f'r?ro4i<.'» тй?мчпст«.,чг><;<"7'' «Я»рчячи От млгмг®*

в - в ' Вад в

.У .Ж ,п

7Ц515 I* 1г I1

2Ш

I \

■г

ш..

и

Вал Б -я

Кожух зубчатого Ковочный привода блок

В

Рао.1. Станина РОМ модели К 03.9.32.03 усилием 16С0 кК па боек.

бойков ). Нагрузка на спорны» стенки станины передается в следующей последовательности, если рассматривать одни квадрант : боек - кулиса - главный кривошипный вал - поворотная (эксцентриковая) букса - опорные стенки станины. Значительные технологические усилия, замыкавшиеся в станине, могут вызвать существенные деформации конструкции РОМ, неучет которых приводит к снижен«» точности обработки. Cootf ттственно станина должна обладать необходимой жесткостья и прочность».

Основной недостаток станин РОМ - это наличие большого количества концентраторов напряжений в опорных стенках. Необходимо исследование их влияния на НДС конструкции станины и учета этого влияния при проектирования РОМ.

Следует отметить, что исследования в области радиального обжатия крайне ограничены и затрагивает я основном вопросы технологии изготовления гэдеяпЯ.

Сведений о методак расчета станки рмгляьнэ-обшкных кзпг.гн а литературе не встречается (по крайней yspo п отечественной). Рекомендации по проектировочным расчетам станин РОМ отсутствует. В отличии от станин других видов КПМ нэ имеется величин допускаемых напряжений а опасных сечениях станин РОМ. Рекомендуемые к использованию величины жесткости станин РОМ в диапазоне 1000... 4000 МН/м носят приближенный характер. Теоретического и экспериментального исследования станин РОМ но проводилась.

Недостаточная изученность конструкций станин РОМ, повышенные требования к юч-ткостн станич, а так*? стремление к снижении металлоемкости привели к нробяслим'^тк проапления npep.tarapv!« ? язчя&й рчг'-лр И^слрлряяииЯ ПО рч"И"н?лиаацпн

станины РОМ модели К. 03.9.32.03 усилием 1600 кН на боек.

Исходя из вышеизложенного были определены основные задача исследований представляемой диссертационной работы :

1. Разработка методики расчета напряженно-деформированного состояния станин радиально-обжимных машин • на основе математического моделирования методом конечных элементм о использованием объекшьи конечных элементов.

2. Разработка методики расчета контактного взаимодействия станины радяально-обзтмной машины с деталями исполнительного (ковочного) механизма на основе моделирования с помощью математических объемно-стержневых моделей МКЗ.

3. Оценка усталостной прочности станин РОМ и определение коэффициентов запаса.

4. Разработка кэтодики проектировочного расчета станин радяально-обжишш машин на основе использования величин теоретических коэффициентов концентрации напряжений для приближенной оценки уровня напряжений в нагруженных сечениях элементов станин.

5. ¡Экспериментальное исследование радиально-обжимной машины при статическом и ,динамическом (в рабочем режиме) вагрунении.

6. Разработка рекомендаций по рационализации конструкции станина исследуемой радиально-обжимной машины для снижения металлоемкости, снижения уровня напряжений в опасных сечениях и повышения прочности и жесткости, а также разработка рекомендаций по проектированию станин радиально-обжимных машин других типоразмеров.

Вторая глава посвящена созданию методики конечноя;,?-

нентного моделирования наярягсенно-де£ор».шровашюго состояния станин РОМ на. пространственных математических моделях различной степени сложности.

В ней иэлокены основы моделирования на базе применения программного продукта "Интегральная система прочностного анализа BASYS", предназначенного для решения широкого класса задач < в том числе и линейной статики i и использующего МКЭ а форме метода перемещений. Представлена общая ' структура необходимого набора исходных даннда и рассмотрена последовательность составления исходного дискового файла данных. Статический расчет НДС станин РОМ производился на ПК IBM PC 388.

При построении объемных конечноэлементных моделей конструкция станины предварительно расчленялась на состааяяввдго элемента. Сечениями 1...8 < по Рес.1 ) выделялись параллельные? слои характерной конфигурации. Закрегогзниэ моделей производилось из условий сохранения равновесия и неразрывности деформаций станины, Нагрузка прикладывалась сосредоточенно а узловых точках отверстий опорных стоаск под позоротяуо буксу на дуге контакта поворотной буксы с опорными стенками по косииусондальному закону распределения согласно рекомендациям Левиной З.М. и Реиэтова Д.Н.

Было создано четыре модели на обьемша конечннч элементов : f( 1 моделировалась еся станина а укрупиенисЯ разбивкой лпя определения характера . обцего напряженного состояния и иолтпгриярция правомерности расчета плноЯ четверти стчмичн игт'ля «э двойней симметрии стаитш <nopro иси: .чкифн"4 (^»"«ян* элгмрнтов, ?а?к узпя': н 2 -•

моделировалась одна четверть станина с достаточно мелким разбиением (1348 объемных элементов, 2095 уэла); ?! 3 -моделировался только ковочнкй блок без кожуха для подтверждения возможности расчета цельнолитой станины без искажений

характера ее НДС <820 объемных элементов, 1523 узла); II 5 -

О

для сравнения была смоделирована одна четверть станины аналога РОМ модели SHK-10 фирмы GFM <1021 объемных элементов, 1721 узла). По результатам расчета для всех узловых точек были получены ветчины перемещений, составляющие тензора напряже-■ний, главные и эквивалентные напряжения.

Результаты расчета модели 'В 1 подтвердили правомерность расчета одной четверти станины исходя из ее двойной симметрии и выявили степень яагруаеяности каждого элемента станины.

НДС исследуемой станины оценивали по результатам расчета модели N 2 ( сы.Рис.2, Рис.3, Таблицу 1)._ Уровень напряжений в ковочном блоке значительно превышает напряжения в "кожухе зубчатого привода". Разница по сгэкв< составляет 80.8 %. Если рассматривать отдельно ковочный блок, то основную нагрузку воспринимают опорные стенки, а перегородка, соединяющая их нагружена значительно п;ш - на 73.6 Я. Непосредственно опорные стенки вследствие их разной геометрии являются нераанопрочными { разница по стэка_ - 43.2 V, ), причем в задней опорной CTjamee образуется ярковыраженная зона концентрации повышенных'налрякевнй ( аэкв_ = 103.04 КПа ).

Различаются величины максимальных перемещения dj деформация стенок по липни действия технологической нагрузки -на 15,84 % < <5Шр ■ 0.119 мм, <*оад - 0.1414 мм ). Соли учесть, что деформация стеяок соизмеримы с точностью пспуча-

- и -

Wim-2.1

■ 10,5

■ 18.2

• 26.3

• 34.3

• 42.4

• 50.-4 мах-53.503

Рис.2 Изолинии эквивалентных напряжений У'Ша/ в сечения 1 передней опорной стенки г,-.одели 2 по Ркс.1.

мш-0.9

1 - 15.3

2 - 29.8

3 - 44.2

4 - 58.7

5 - 73.2

6 - 87.7 мах-102ЛЗ

Рис.ч Кг>сли!!:ч! пр.рлралектннх «initpn^niinl /"ÏH/ г спч'-ч:;.;-, 4 n.'inipí! tmojroii crimui ч1 р : »¡-.j ! [•::.!.

' - 32 -

«да на РОМ заготовок, то жесткость станины недостаточна.

Таким образом была предложена методика расчета станин РОМ

на базе ККЗ, получено действительное распределение НДС станин,

определены яагруяенныэ зоны станины, выявлена неравнопро-

чность ее несущих элементов, показана возможность достоверного

о

расчета без учета зона размещения привода исполнительного механизма« а также определены малонагрукенные области, требующие снижения металлоемкости.

В третьей глава решалась задача определения влияния контактного взаимодействия станины с исполнительным механизмом з;а напряженно-деформированное состояние станины исследуемой РОМ беэ учета трения и проскальзывания при статическом на грухэяшь

Рассмотрена последовательность сопряжений элементов ковочного механизма со станиной, согласно которой имеем три "согласованные" поверхности контактирования :. 1 - между поворотной буксой и станиной, 2 - между поворотной буксой и .главным крнвоштным валом, 3 - между главным кривошипным валом и кулисным камнем.

"Согласованным" называется контакт, если поверхности двух теп в недеформированном состоянии точно "подогнаны" друг к другу по форме или имеют очень близкие очертания. Известно, что тела с согласованными поверхностями вступают в контакт по области, 'размеры которой сравнимы с характерными размерами обеих тел. В таких случаях уровень контактных напряжений сопоставим с уровнем общего напряженного состояния каждого из тел и контактные напряжения не могут быть исследовань- независимо. Типичным случаем является вал, вставленный во втулку с

малым зазором {аналогией является поворотная букса, вставленная в опорные стенки станины РОМ). Когда дуга контакта составляет существенного часть окружности втулки, hit вал, ни втулка не могут рассматриваться как упругое полупространство, поэтому в этом случав подход Герца неприменим. Область контакта между телам» "несогласованной" формы мала по сравнению с размерами сака тел. Пря этом в зоне, примыкающей х области контакта, имеется высокая концентрация напряжений, которые слабо зависят от конфигурация тел вдали от области контакта. .

Пря .контактном взаимодействия станины РОМ с исполнительная механизмом главный кригогзшлый вал, нагружаемый центрально , усилием от кулисного кашя, воздействует через поворотную буксу на опорные стенки станины, которые является его двумя опорами. В этом случае данная . задача является трехмерной садачсй "пэгерцевского" контакта, подобны© которой в насто-ящеэ время решится яря помоад различных численных методов. .

Способы численного реюняя коятактзва задач обычно основаны' на приемах итерационного приблигеляя х удовлетворению граничных условий на контактам, -которые первоначально задаются в форме определенного закона или устанавлиааатся в процессе решения, всходя, например иэ . условаЗ гвеинего • силового нагруаения. Недостатком такого подхода ,являэтся пркблиэи-тельный характер прикладываемой нагрузки по линии контакта.

Поэтому для выявления лстилпой картавы контактных напряаениЗ было смоделировано ззаимодеЯствло станина РОМ с ковочным механизмом на модели Ш, оа основу которой была использована модель станины КЗ (без учета кояуяэ . зубчатого

Ркс-4 Моделирование контакгного взаимодействия ' отшшш РОМ о коаочнда механизмом. ,

Таблица 1.

Значен®? макснмадышх напряжений сгзкв к перемещений X, У к г в станине РОМ К.03.3.32.03 по резупыгатам расчета модели К 2 ( по сечениям согласно Рис.1 ).

1 °экв.мах' У Лнах« у ^кая'

- | МЯа № ' ии им

Передняя Сеч.1 ■ 53,503 0.106 0.0735 0.0002

стенка Сеч. 2 53.278 0.033 0.081 0.0025

Перегородка Сеч.1 53 0.053 0.027 0.0033

Задняя Сеч. 3 103.04 0.119 0.033 0.004

стенка Сеч. 4 102.13 0.11В 0.097 0.005

('£ ГИ Сеч. 5 8.886 0.033 0.0028 0. со©

э/бчатого Сеч. 6 6.939 0.028 0.008 0. 02-

привода Сеч. 7 5.015 0.023 0.0X3 0.0 ГГ:

Сеч. 8 7.25 О.ОООЗ 0.0323 о.ог;

привода), где номинальная нагрузка была приложена на главный кривошипный вал по линии контакта вала с хуйисным камнем. В этом случае достигалось соответствие смоделированного нагружения станины РОМ ее реальному нагружена» посредством перераспределения контактных нагрузок через поворотную буксу.

На Рис.4, представлен фрагмент моделирования контактного взаимодействия станины РОМ с деталями ковочного механизма. Длй наглядности показана только задняя опорная стенка я часть буксы, контактярущая с ней. Зазоры между буксой и криаошпнш валом, а также ыежду опорными стенка!,и и буксой моделировались стержяевьаи элементами с прямолинейной осы>. Концы стержней шрииряо прикреплены к деталям, находящимися з контакте. Нагружение производилось в трех узловых точках эксцентриковой вейки кривошпного вала по линии контакта с кулисным камней.

Основной недостаток стержневой модели контактного взаимодействия - ее линейность я связанная с ней неопределенность размеров контактных стержней. Установленные Левиной 3. Н. и Решетовым Л. Н. эмпирические зависимости з характере яагругэния цилиндрических сопряжений носят нелинейная характер с максимумом по линия приложения яагруэяи. Поэтому размеры поперечных сечений стержней задавались по косивусоидаяьному закону. Максимальная площадь стержней равнялась величине диаметрального зазора в соответствующем цилиндрическом сопряжения, и задавалась стержни, раслологенному по линия приложения нагрузки (оси котя). Площади поперечных сечений сторгней убывали гимчетрачно отясситрльяо линии нагрузки. Дуга контакта определялась в процессе итерационного расчета с учетом знака контактных напряжений в стергнях. Если знак отрицательный

(сжатие), то контактное напряжение в этой точке определялось. В случае положительных напряжэннй в зоне контакта взаимодействие не учитывалось.

Результаты расчета модем Н4 показали, что й отдельно взятых опорных стенках напряжения распределены неравномерно по толщине. Наружные края (сечения 1,4> нагружены заметно слабев внутренних (сечения 2,3). Это объясняется более точным моделированием схемы нагру&эния станины РОМ по сравнению со случаем центрального нагружеяия стенок станины сосредоточенны® силамз в моделях 1,2,3 и 5. Эпвры контактных напряжений вдоль образующих цилиндров (отверстий под поворотну» буксу в опорных стенках станины) при малых зазорах имеют форму близкуо к трапеции. Характер напряженного состояния аналогичен напрятанному состояний модели Н 3, но наблюдается различие в численных значенная. За счет многослойного исполнения поворотной буксы происходит некоторое выравнивание напрягший в опорных стенкал

Таким образом результаты расчета контактного взаимодействия станины РОЯ с исполнительным механизмом подтвердили возможность расчета наяряшшо-дефорщфованного состояния станины РОМ с использование» допувдния о приложении сосредоточенной нагрузки по косинусондальиому эакону кз центра отверстия под поворотну» буксу на дуге теоретического контакта. Предложенная методика «охет бить использована при проектирования станин РОМ.

3 четвертой глав» произведена оцрнкя усталостной прочности стпииим исолрйуг'МоЯ РОМ с ишюльпонятк'м мс-тял расчета «t» к<п|Ич<|'И(Ш-»ям пэпам* прочности.

- 37 -

Характер изменения напряжений в станинах РОМ классифицируется как регулярный. Регулярное нагружение РОМ осуществляется по "пульсирующему" или отнулевому циклу :

°тах

7min * ffa " °й

где аа - амплитуда напряжений цикла, от - среднее напряжение цикла.

В литературе содержатся главным образом сведения о механических свойствах материалов. Данные по усталости металлов носят ограниченный характер. Поэтому использование различных корреляционных формул для определения предела выносливости стального литья дает приблизительное значение Значения предела выносливости для Стали 35Л ГОСТ 977-75, из которой изготовлена конструкция станины, при различных условиях усталостных испытаний имеют значительный разброс : от 75 до 275 МПа.

Коэффициенты запаса прочности определяли для нижнего и верхнего пределов диапазона значений предела выносливости Стали 35Л » 75 ... 275 Ша по формуле :

пт <4 т-1

/

где nrt « —я-, Пт

2 2

р ааэ ' г таэ

соответственно коэффициенты запаса прочности по нормальным пд и касательным пт напряжениям. Для нижнего предела cr_j « 75 Mi la, r_j * 37.5 МПа : n^ » 1.63, nT « 3.68. Окончательный коз?<[«имент запаса равен n » 1.49, Для верхнего предела »

275 fcffla, t_j « 137.5. НПа : nff = 4.65, nT - 9.01 и n * 4.13.

Прочность станнни считается обеспеченной, если п 2: ГпЗ, где tnJ а 3.1-4.2 нормативное значение минимально допустимого значения коэффициента запаса прочности, определенного для станины РОМ. В случае проектирования новых конструкций станин с использованием точных численных методов коэффициент запаса будет ниже [ni * 2.6-3.5 .

Произведена оценка усталостной прочности станина исследуемой РОМ по коэффициентам запаса прочности, которая показала недостаточную прочность задней опорной стенки станины - п * 1.43-4.13, что по нижней границе в 2.1 раза меньв& нормативного [ п 3 »3.1-4.2 . Задняя опорная стенка станины исследуемой РОМ в области перемычки между отверстиями под поворотную буксу и опору промежуточного вала требует усиления как минимум в 2.1 раза, чтобы нижняя граница коэффициента запаса прочности п была не ниже нормативного Гп] .

Предложены рекомендации по рационализации конструкции станнны исследуемой РОМ в результате которой достигается повышение прочности, выравнивание кесткостей ее несуциг элементов к снижение массы станины на 12-27 %.

Пятая глава п»свячена описании экспериментальных исследований. ' С целью подтверждения адекватности конечно-элементных моделей станин РОМ кафедрой АСМОМД Мосстанкина совместно с Рязанским ПО "Тяжпрессмаш" были проведены экспериментальные исследования напряженного состояния станины РОМ модели К 03.9.32.03 усилием 1600 кН на 6орк . Исследований; проводились в яаяодских условиях на эксплуатируемой РОМ с

испг>,чк)опэии"1< тс),г>пуагрирой!)и1!я

Одним из основная параметров, регистрируемых при экспериментальных исследованиях, является деформирующее усилие. Для измерения усилия нагружения тенэореэисторы были ¡заклеены на проставку, имеюцув форму кольца и расположенную ыезду кулисой и' подушкой бойка. Регистрация сигналов осуществлялась с понодьв магнитно-электрического осциллографа модели }М45. Латчлки тарировались на разрывной машине типа ГМС-1С0А.

оксперимевтальноэ исследование станины проводилось в двух рзжшая - при статическом и динамическом нагружеииях.

Статическое нагрунекяэ проводилось с использованием т:;дрзэтг;еского затрата, который устанавливали в пространство г'~'тду бойка?.с| "в распор", прздгарзгтеяьно демонтировав бойки с ггодуняамя.

ГЬгтеренге папрягмшй в станине проводили при последовательно?» ступенчатом иагругетии гидравлическим домкратом. На ггэддоЗ ступени ¡гагруяекиз с г.спо^гз осциллографа регистрировали изменение сагпалов с тенэодатчикоз на яроставках и станине, а такте с помсдь» прибора ИСД-3 измеряли напряжение в ксследуеид точках стаида» ♦

По результатам обработай построены тарировочные графики для тензорезкетороз двух видов. г зависимости напряжения от ¿•езяая а « Г < ? ), где усплпэ кагруяения Р определялось по ггличияе сингала Йр на тзрзроаочао» гранке проставкй; и оавиюжоств нанряагетя от взличяш сигнала зга тенэодатчкка а = / ( Ь^ ), аеяпчзпа еэтнзяз на осциллограмме, а

:<зпржгаетэ сеотЕэтатауг^г*? этеЗ "злячзне сигнала. Оригинальность второго тар^езо^его графа» заялзчзетса в том, что в длльяеЯво» з йзчгстг® р§ггст?.2рузэего . прибора гюзяо пеполь-

зовать осциллограф не обращаясь к прибору ИСД-3. Эта особенность тарировочного графика была использована для определения напряжений в режиме динамического нагрукения. В статическом режима отклонения мэхду расчетными и экспериментальными значения?^ напряжений в станине не превышают 25.8 что можно считать удовлетворительным.

Измерение суммарной деформации конструкции при различный уровнях нагругешгя производилось с помощью индикаторов часового типа путем регистрации изменения расстояния шкду прос-тавкаш. Б процессе провадс-ния эксперимента на кавдоы уровг;;-нагрузкк по индикатору измерялась деформация в рабочее пространстве и деформация станина в -направлении приложения технологического усилия. В результате обработки результатов измерений методами математической статистики получен коэффициент жесткости станявы Сст = 13333.25 кНлш. Коэффициент жесткости ковочного механизма равен Сков кех = 1312.51 кН/мм, или Ш.6 V. от суммарной жесткости исследуемой РОМ.

Эксперимент при динамическом нагружении проводился $ рабочем реншэ <при частоте 1000 ходлшн) . Изменение величшгу нагрузки при переходе от одного уровня нагрузки к другое осуществляли за счет изменения степени деформации поковке. Использовались ступеачатые образцы, позволяющие получить четыре уровня нагрузки. Величины расстояний между протисо-полокнымя бойками, при различных степенях нагрузки оценивались по соответствующим размерам образца после обжатия. Для этого использовался профняометр, поэволятакЯ определять относитрль нув суммарную нефсрмзиип марины с точнопть» яо О.О'л мм.

Для сопсютанпеиня результатов ¡»ткрям»п 1 аяшц» »з>«р«-н-.г"

напряжений в станЗшо о расчетными напряжениями статического расчета МКЗ использовалась объемная конечноэлеыентная модель станины с приложением нагрузки "по двум диагоналям". Сопоставление результатов определения напряжений » динамическом режиме показывает, что надежность полученных результатов также можно считать удовлетворительной. Отклонения экспериментальных значений напряжений от расчетных не превышают 23.8 '/,, Таким образом статическая модель МКЗ достаточно точно описывает напряженное состояние станины в динамическом режиме.

Известно, что частота нагружения Гнагр влияет на уровень напряжений при совпадении с собственной частотой колебаний станины Г и на уровень предела выносливости материала станины. Сравнение 1"0 » 420.9 Гц с ^наГр " 37.04 Гц показывает, что частота нагружения яа порядок ни жэ первой собственной частоты колебаний станина РОМ, что служит гарантией отсутствия резонанса напряжений в станине при работе радиально-обжимной машины.

Произведена оценка адекватности статического расчета НДС станины РОМ для рабочего ( динамического ) режима по четырем критериям, которая показала возможность применения статического расчета НДС для рабочего режима работы машины.

Таким образом разработана методика экспериментального исследования напряяенлего состояния станины РОМ методами теязометрировэяия при статическом и динамическом режимах нагружения. Достаточно близкое совпадение расчетных и экспериментальных значений напряжений, полученных при ич<?ских и динамических испытаниях, а также идентичность

статической и динамической характеристик жесткости РОМ ( - 12.09 102 к!¡/мы и С^ « 11,97 102 кЕ-мм >

позволяет говорить о воэмохности использования предложенных математических моделей для расчета напрякенно-деформироваинпго состояния станин РОМ, при частоте до 1000 ход^мин,

В веотой главе рассматривается степень совпадения коэффициентов концентрации напряжений в наиболее нагруженных сечениях несудах элементов станин РОМ, полученных на основа ■ результатов расчета конечноэлементных моделей, с теоретическими по литературным данным.

Показана возможность использования литературных данных по теоретическим коэффициентам концентрации напряжений для приближенной оценки уровня максимальных напряжений нагрукенных сечений несущих элементов опорных стенок станин РОИ, ослабленных отверстиями, расположенными по вертикальной оси симметрии отверстия под буксу на основании сравнения о расчетными значениями напряжений, полученных методом конечних элементов с использованием математичеких моделей станин РОМ различной степени сложности.

Предложена методика проектировочного (приближенного) расчета наиболее нагруженных сечений несущих элементов опорных стенок стаиии РОМ, ослабленных отверстиями по вертикальной оси симметрия отверстия под буксу с использованием теоретически* коэффициентов концентрации напряжений.

3 А К Л О Ч Е Я И Е .

3. Р?сработанная методика расчета напряженно-деформированного состояния сложных конструкций станки радиалыго-обжимных мдшн позволяет получить распределение напряжений и перемещений в элементах станин с достаточной степенью точности, что подтверждается экспериментальными исследованиями.

2. Путем конечноелементного моделирования напрякенно-деформированного состояния конструкций станин радиально-обжимных машин установлена степень нагругенности элементов станин, выявлена неодинаковая прочность и жесткость несущих элементов станины исследуекой радиально-обяимной машины (передней и задней опорных стенок) я определены ыалонаг-рухенные области станины, что говорит о нерациональном использовании металла и возможности снижения металлоемкости в конструкции станины исследуемой радиалъто-обгда.яой машины.

3. Разработанная методика расчета контактных взаимодействий станины радиально-обот.шой кашши" с деталями исполнительного механизма «а основе коделирован'ия с помовдю объемно-стержневых моделей метода асояечных элементов позволяет получить точные результата расчета напряженно-дефоркирог.лг:: го состояния станина, хорош согласующееся с тлвестет теории коят&ктаих Езаг^одейотвнЯ.

4. Произведенная оценка "устазгостаоЗ прочности станины исследуемой радиаяьно-обгжиоЯ изшш о использованием кс^фтгсрятся з-./'яса тгр<тиоетя позволяла установить

недостаточную прочность наиболее нагруженных зон опорных стенок конструкции станины.

5. Подтверждена адекватность разработанных математических моделей и возможность применения результатов статического расчета напряженно-деформированного состояния станин для рабочего {динамического) режима работы машины, путем экспериментального исследования радиально-обжимной машины модели К 03.9.32.СЗ в статических и рабочих условиях, а также определены величины и соотношения жесткоетей станины и исполнительного ковочного механизма в общей жесткости машины.

Б. -Разработанная методика проектировочного расчета станин радиально-обкиышх машин по теоретическим коэффициентам концентрации напряжения позволила получить приближенную оценку прочности в нагруженных сечениях несуидох элементов станины.

7. Разработанные рекомендации по рационализации станины радиально-обжимной машины модели К 03.9.32.03 усилием 1600 кН и проектирование станин РОМ других типоразмеров позволяют снижать металлоемкость и обеспечивать прочность и жесткость, а также сокращать время и трудоемкость проектирования новых конструкций станин.

Печатные работы по теме диссертационной работы :

1. Силанов В. И., Ильясов М. Ш., Кутьшкина O.A. Рационализация конструкций несущих деталей куэнечно-Етзмповочкого оборудования. // Куэнечно-штамловочное производство, 193], N 7 , е. 17.

- 25 -

2. Ильясов М.Ш. Состояние конструкций радиаяьно-обжкшт иаиая и задачи исследования по их совершенствованию. // Депонир. в BI'ÎHIÎTH, Библ.указ. ÎI 9, ÎS91; с. 76, -под К 42-мн91.

3. Ильясов И.Ш. Сценка прочности и кесткоета станины ?0!1 // Кузнечно-пта^пзовочяоа производство, 1292-, N 7, с. 15.

4. Ильясов M.S., Короткой O.S., Петров И.П. Экспериментальное исследование станины радоалыго-обгкмяой машины. s/ Депонир. в ВЙШГЙ, Блбл.указ. M 7, 1SS2, с. 55, -под N 33-мш32.

5. Коротков С. Е., Ильясов M, В.» Кояэа Л. Г. Исследование жесткости радиаяьно-обжишэЗ нашш. - ss Дэлонир. в ВИНИТИ, Библ. указ. H 7, ÎG32, с. S3, -под H 34-keS2.

0. ЛансясЗ E.H., KibScofc M.II. , ПогозЕтеяьное» решение» о ввдачэ патента по эаявко В 4SIÎ2C3 / от 17 сггкгфя> ÎSSfr.

Подписано к печати I0.09.92r. За к. №114 .тир. I ООэкз..

Отпечатано на ротапринте Казмнформ ГАШ г.Алма_-Атй пр.Ленина ,30