автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Разработка методики оценки нагруженности многопозиционных разрывных машин

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КЛЕЩЛРЕВА Галина Александровна

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ НАГРУЖЕННОСТИ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ РАЗРЫВНЫХ МАШИН

Специальность 05.02.02 "Машиноведение и летали машин"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

на правах

УДК 531.782.001.63 + 620.1.052.1

Курган 1998

Работа выполнена на кафедре "Детали машин и прикладная механика" Оренбургского государственного университета

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Фот А.П.

Научный консультант - академик Нью-Йоркской

академии наук, доктор технических наук, профессор Кушнаренко В.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук/

профессор Бубнов В.А., кандидат технических наук/ доцент Худорожков С.И.

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский проектный институт Прикаспийскнефтегазстрой

Защита диссертации состоится " " __1998

г- в ч на заседании диссертационного совета Д064,18,01

з Курганском государственном университете по адресу: 64 0669,г.Курган,ул. Гоголя, 25.

Телефон для справок (35222)22652

Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью /чреждения) просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Курганского государственного университета

Автореферат разослан" 1998 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В настоящее время в России разрабатывается, осваивается в производстве и эксплуатируется широкая номенклатура средств испытательной техники, в том числе машины для испытания материалов на растяжение и сжатие, изгиб, срез, кручение, износ, удар, приборы для определения твердости и упругих констант материалов. средства для технологических испытаний материалов, исследования воздействия климатических факторов, а также коррозионных испытаний. В большинстве методов исследования и контроля механических свойств материалов (оценка однородности свойств металла, качества металла сварных швов и т.п.) используется нагружение образцов растяжением, в том числе медленным.

Изделия, предназначенные для работы в специальных средах, должны обладать повышенной стойкостью к воздействию этих сред. Длительность испытаний должна соответствовать длительности воздействия сред, а параметры испытательного режима - количественным и качественным характеристикам сред в условиях эксплуатации. Для сокращения времени испытаний в данном случае увеличивают концентрацию химически активных компонентов среды воздействия, повышают температуру и относительную влажность. Испытательное оборудование должно обеспечивать соблюдение значений данных параметров.

Коррозионно-механические испытания образцов металла конструкций, подверженных воздействию агрессивных сред, весьма трудоемки. Вопрос сокращения затрат времени при производстве этих испытаний актуален как с точки зрения экономии энергетических ресурсов, так и с точки зрения обеспечения оперативного принятия решений в экстремальных ситуациях, ведущих к опасным последствиям (например, экологическое загрязнение окружающей среды, прямая угроза здоровью и жизни человека и т.п.). Экономия времени достигается проведением одновременного испытания большого количества образцов в многопозиционных разрывных машинах. Существенным недостатком таких машин является возможность (если это не учтено на стадии проектирования) преждевременного разрыва испытываемых образцов, находящихся в стадии предразрушения, в результате скачкообразного изменения нагрузки при разрушении одного, либо одновременно нескольких (что еще хуже) образцов и возникновения колебательного процесса в системе упругих связей разрывной машины.

- г -

В связи с изложенным, уменьшение взаимовлияния разрыва образцов при коррозионно-механических испытаниях является актуальной задачей, решение которой способствует повышению точности, корректности результатов, значительной экономии времени испытаний и оперативному принятию решений.

Целью работы является создание методики оценки нагруженности многопозиционных разрывных машин (МРМ), разработка рекомендаций по уменьшению взаимовлияния разрыва образцов, снижение затрат и экономия времени при проведении коррозионно-механических испытаний.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы силового анализа, теории упругости, математического моделирования с помощью факторного анализа, статистической обработки экспериментальных данных.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана оригинальная методика оценки нагруженности МРМ;

- создана программа математического регрессионного моделирования на основе факторного анализа;

- оценена податливость ряда элементов в узлах разрывных машин, не нашедших отражения в известных работах, а именно: червячной передачи, резьбового соединения, стального клинового соединения, специальной муфты, деталей в форме усеченного конуса при различном напряженном состоянии,ортогональной зубчато-винтовой передачи;

- предложена методика приведения податливости элементов к звену приведения и апробирована на конкретных разрывных машинах;

- проведены эксперименты, подтверждающие теоретические положения работы.

Практическая ценность. Совокупность результатов исследования позволяет существенно уменьшить затраты и время на проведение коррозионно-механических испытаний за счет использования возможностей МРМ и математического моделирования процессов перераспределения нагрузки при разрыве образцов.

Разработана методика конструирования многопозиционных разрывных машин (МРМ).

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на заседании кафедр "Детали машин и прикладная механика" и "Теория механизмов и машин" Оренбургского государственного университета; на научно-методической конференции ОГУ (Оренбург 1995г.); на второй Российской научно-технической конференции (Орен-

бург 1995);на второй региональной конференции - Урал-97; на международном конгрессе студентов.аспирантов и молодых ученых "Молодежь и наука-третье тысячелетие (Москва-1996г); на межвузовской научно-методической конференции (Оренбург 1997г.);на третьей международной научно-технической конференции (Оренбург 1997г.); представлялись на областной конкурс научных работ им. Сахарова, где была отмечена дипломом 11-й степени.

Реализация работ. Результаты работы нашли отражение в проектировании и модернизации многопозиционных разрывных машин в лаборатории "Надежность" ОГУ при определении сопротивления материалов коррозионному растрескиванию и оценке эффективности противокоррозионных мероприятий, широко используемых в Оренбургском и Астраханском газоконденсатных месторождениях и ряде НИИ России, занимающихся проблемами повышения надежности конструкций, контактирующих с коррозионными средами.

Публикации. По результатам выполненных теоретических и экспериментальных исследований опубликованы и приняты в печать 17 печатных работ,из них пособие исследователя-конструктора -1; статей - 3; тезисов докладов - 7; информационных листков - 6.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, пять глав, общие выводы и заключение, список использованных источников из 54 наименований, приложения и содержит 140 страниц машинописного текста.19 рисунков и 25 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Обоснована актуальность работы.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ВЫБОРУ ПАРАМЕТРОВ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ РАЗРЫВНЫХ МАШИН (МРМ)

Приведен краткий обзор публикаций, посвященных анализу нагру-жения образцов в процессе испытаний с описанием динамических процессов в различных фазах движения исполнительных элементов разрывных машин. Оценивается возможность моделирования объектов исследования. Пользуясь известными методами теории механизмов, реальный механизм можно заменить эквивалентной приведенной схемой, обладаю-

щей таким же энергетическим запасом, как и заданная реальная система. Сравнительно простая модель далее описывается системой диффи-ренциальных уравнений,рассматривающих приведенные массы, жесткости, силы. Используется метод определения динамической жесткости.которая может быть найдена для любого сечения упругого вала с дискретными массами, совершающими гармонические колебания. Этот метод применим при определении частот собственных колебаний простых цепных и разветвленных систем и для оценки нагруженности различных типов машин и механизмов, в частности, МРМ, используемых для специальных видов испытаний.

Дана классификация прессов и разрывных машин. На основе анализа характеристик выпускаемых отечественных и импортных разрывных машин сделан вывод об отсутствии у них необходимого диапазона низких скоростей растяжения. Отечественное оборудование, как и дорогостоящие импортные разрывные машины, однопозиционное, его использование для коррозионных испытаний непроизводительно и экономически нецелесообразно, так как испытания одного образца могут продолжаться от 10 до 48 часов,а количество образцов для получения однозначных и достоверных результатов должно быть не менее пяти штук.

Описаны методы оценки осевой и крутильной податливости деталей и узлов испытательной техники. Сформулированы цель и задачи исследования.

2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДАТЛИВОСТИ МРМ

Предлагается методика оценки нагруженности и элементы силового анализа МРМ. При этом сделано допущение, что в нагружатели устанавливают одинаковые образцы с одинаковым уровнем предварительного нагружения.

Величина скачкообразного изменения нагрузки в МРМ зависит от: жесткости (податливости) элементов системы МРМ; схемы соединения этих элементов; расположения, размеров и формы испытываемых образцов, уровня их предварительного нагружения; а также какой по счету образец разорвался и других факторов.

На рисунке 1а приведена условная схема МРМ с основными упругими участками, включающих характерные узлы МРМ с определенными значениями податливости "XI": 1-образец .(податливость Х0) - с нелинейной связью его деформации и нагружающей силы; 2-опорный (подшип-

никовый) узел нагружателя - с нелинейной связью его деформации и нагружающей силы ; 3-контактные поверхности сопряженных деталей - с нелинейной связью их деформаций и сил; 4-участки деталей, работающих в упругой зоне (при растяжении-сжатии и кручении) - линейная связь сил и деформаций; 5-узлы привода (эл. двигатель, передачи различных типов и т.п.)- преимущественно с нелинейной связью сил и деформаций.

а)

-и—Ы---о---Н-

Б

- +№

-

- --№

б)

о С

N—М---

д ^■кр 1г-Н-П 9 — И-

—О А. "

-№НВ ) о—и—1 И1—I -К—

—N-1

о С

•и-

^•нер

*) - N — деформируемый узел (деталь,образец) с определенной податливостью

Рисунок 1: а) полная схема: б) упрощенная схема

Нелинейная связь сил и деформаций резко усложняет требуемые расчеты. Однако следует учесть то обстоятельство, что значения деформаций вышепоименованных участков при равенстве значений сил наг-ружения отличаются на порядок в позициях (1) и (2,3,4 и 5) соответственно. Как правило, податливость исполнительных органов МРМ значительно ниже податливости образца, причем абсолютные значения деформаций элементов МРМ настолько малы, что можно принимать во внимание только нелинейность связи сил и деформаций образца.При таком подходе с одновременным упрощением расчетов обеспечивается достаточная точность (выше, чем при графическом решении задачи с учетом нелинейности связей сил и деформаций всех деформируемых участков). При этом, в силу относительной малости значения изменения нагружающей силы в моменты разрушения образцов, зависимость сил и деформаций в окрестности точки разрыва образца можно разложить в ряд Тейлора, ограничившись двумя первыми членами ряда. Тогда податливость Хо (определяемая по нелинейной диаграмме растяжения образца) заменяется условным новым значением Х,0кас. найденным через ка-

о

1

сательный модуль упругости, то есть первую производную от напряжения по относительному удлинению. Такая замена дает возможность аналитического расчета значений сил при разрыве образцов.

В схеме МРМ (Рисунок!., а) выделены разветвленный и неразветв-ленный участки без учета вида деформаций. Сложив податливости всех последовательно соединенных участков, получаем новую схему (Рисунок 1,6), где \кр - суммарная податливость одной ветви разветвленного участка, найденная с использованием касательного модуля упругости, а Х.н ~ суммарная податливость всей неразветвленной части схемы МРМ.

Принято, что число образцов в МРМ равно "1" и "j" до и после момента разрушения одного, либо нескольких из них соответственно. Непосредственно после разрыва уменьшается деформация неразветвленной и увеличивается деформация разветвленной частей схемы. В ходе испытаний к моменту разрушения силы нагружения образцов достигают значения F0k (к - номер образца в машине). В разрушающихся образцах это - предельное значение (определяется пределом прочности). В остающихся целыми "J" образцах силы Fok в силу каких-либо причин не достигли предельных значений (например, в силу погрешности кинематической цепи или несоответствия практического перемещения захватов от теоретического). В связи с освобождением в момент разрушения части образцов потенциальной энергии упругих деформаций элементов МРМ силы в оставшихся образцах резко возрастают до максимального значения F13kMax и уменьшаются в ходе колебаний до установившегося значения-Fi3kycT (большего Fok). Точное аналитическое определение характеристик данного процесса невозможно (задача решается исключительно численными методами), но отдельные параметры могут быть при определенных условиях найдены. В частности, особый интерес представляют величины: Ки и Кц* - коэффициенты изменения значения установившейся силы общий и на ветвь каждого испытываемого (остающегося целым) образца соответственно; Ки и Кик-коэффициенты максимальной (пиковой) нагрузки общий и на ветвь каждого испытываемого образца; иг-уровень установившейся силы на "j" образцов после разрушения (i-J) образцов относительно уровня силы, предшествующей разрушению, при нагружении"1"образцов. Нижеприведенные зависимости были выведены с учетом условия равенства изменений деформаций неразветвленной Дн и разветвленной Др ветвей системы МРМ при разрушении образцов:

Лн^^ок- гПТ)'Х„; (1) ДР=(ЕиТ-к?/01( ) • [1 /^ (1ЛкР)].(2)

где Г13уст - суммарная установившаяся сила на оставшиеся ";)" образцов,

• (¿Рок^/ок • к|1(1/Ук)+1)/(к|1(1/Ук)+1] . (3)

где отношение значений суммарной податливости каждой ветви разветвленной части и суммарной податливости неразветвленной части МРМ представлено безразмерной величиной ук:

Ук = Хкр/\н : С4'

Ки = ( ^/ок/^/.к ' к|1 (1/Ук) + 1) / ( „¿.и/У*) + 1). (5)

Кик = = РокЛРок - АРик) - 1/(1 - АР13к/Рок). (6)

Рпх= Рок • 1/(1 - ДРик/Ток) - Рок • К13к , (7)

иг =к|,Рок /к|/ок. (8)

Ти= 1+((к|1?ок/к11Рок- РиТ/к^ок)'Х„)/(1/к|1(1Акр)). (9)

ТГих- Рик / Рок=Рок /(Рок- АРик) = 1/(1- Др"п /Рок). (10)

Дана методика оценки осевой и крутильной податливости деталей и узлов нагружателей. Приведен ряд зависимостей: податливость при растяжении-сжатии и кручении деталей в форме цилиндра; осевых деформаций подшипников; контактные податливости сопряженных поверхностей деталей; крутильные податливости шпоночных, зубчатых (шлице-вых) соединений, стандартных муфт. Выведены формулы, не нашедшие отражения в ранее известных источниках: осевой и крутильной податливости деталей в форме усеченного конуса; контактной податливости клиновых и резьбовых соединений; крутильной податливости специаль-

ной соединительной муфты, червячных передач, зубчато-винтовых передач; податливости корпусных деталей. Предложен метод линеаризации степенных функций, используемых при расчетах.

Описано влияние податливости деталей и узлов машин на процесс испытаний образцов. Оценку взаимовлияния образцов при разрыве можно производить только приведением податливости деталей силовых цепей к одному звену. Разрывные машины состоят из привода с вращающимися и нагружателя с поступательно движущимися деталями.

Для вывода формул приведения использованы известные зависимости для определения потенциальной энергии "П". устанавливающие связь между деформациями и силами, действующими в системе.

Выделено шесть характерных частных случаев приведения.

Первый случай - звено приведения является ведущим звеном и деформируется в осевом направлении:

где Т1 - коэффициент полезного действия кинематической цепи при передаче движения от двигателя к звену приведения; Хп ~ приведенная суммарная податливость звена приведения. м/Н; Е„ - приведенная сила. Н; 111 - коэффициент полезного действия 1-го звена; Хкр1 - податливость при кручении 1-го звена; р! -осевая сила, действующая в 1-м звене; ТЧ - вращающий момент, действующий в 1-м звене:

Второй случай - звено приведения вращается и является ведущим:

где Хпкр - приведенная податливость звена приведения при кручении, рад/Н-м.

Третий случай - звено приведения является ведомым звеном и деформируется в осевом направлении:

(р .2 -р 2

—- • 1/ти ХкР1- —~ • 1/тц- (13) Fn ' ^ Fn 1

Четвертый случай - звено приведения является ведомым и вращается:

Пятый случай - звено приведения деформируется в осевом направлении и является промежуточным звеном. В этом случае податливость деталей, расположенных между двигателем и звеном приведения, следует находить по формуле (13). Податливость деталей, расположенных между звеном приведения и конечным звеном системы, находим по соотношению (11).

Шестой случай - звено приведения является вращательным звеном и находится в промежутке между двигателем и конечным звеном. Податливость деталей, расположенных между двигателем и звеном приведения, вычисляем по формуле (14). Податливость деталей, расположенных между звеном приведения и конечным звеном, определяем по зависимости (12).

Таким образом, структура формул приведения податливости деталей определяется видом деформации деталей и местом расположения их в кинематических схемах.

3 ОЦЕНКА ПОДАТЛИВОСТИ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ РАЗРЫВНЫХ МАШИН

Даны описания трех типов МРМ, разработанных в лаборатории надежности Оренбургского государственного университета и широко используемых в ряде ведущих НИИ при проведении коррозионно-механичес-ких испытаний, в частности: двухпозиционной машины КМУ-3-2М и шес-типозиционной машины МР6П-М. позволяющих проводить коррозионно-ме-ханические испытания образцов диаметром до шести миллиметров при постоянной скорости деформирования в коррозионных средах действующих трубопроводов, аппаратов или в лабораторных автоклавах; восьми-позиционной машины МР-5-8В. позволяющей испытывать образцы (плоские, цилиндрические, трубчатые и др.) в идентичных, либо различных условиях воздействия коррозионных сред при медленном растяжении или при постоянной нагрузке до 50 кН на каждый образец.

Проведены расчеты значений податливости характерных элементов МРМ и приведение их к одному звену, в частности, к образцу.

4 ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ НАГРУЖЕНИЯ ОБРАЗЦОВ НА МРМ

Для получения регрессионных уравнений, связывающих значения податливости деталей и характеристик нагруженности МРМ, необходимо из достаточно большого числа значений податливости определить те, которые наиболее существенно влияют на рассматриваемые характеристики. Определение наличия линейных и нелинейных связей между рассматриваемыми параметрами осуществлялось по следующей алгоритмической схеме: построение матрицы исследования в предположении нормальности распределения значений податливости с " заданными средними и средними квадратическими отклонениями - определение корреляционной матрицы I? - вычисление матрицы факторных нагрузок по матрице и -проведение варимаксного вращения матрицы факторных нагрузок - определение объединения значений податливости и характеристик нагружен-ности по факторам.

Модели строились ступенчатым регрессионным методом с автоматическим выбором степени аппроксимирующего полинома. Определялся коэффициент детерминации. Кроме этого вычислялись вклады в зависимую переменную (характеристику нагруженности) независимых параметров-аргументов (податливости). По этим вкладам определялись податливости, которые наиболее сильно влияют на рассматриваемую характеристику. В основу построения регрессионных уравнений положен метод Брандона.

Проведен анализ результатов математического эксперимента, полученных с помощью программного обеспечения, упомянутого ранее. Регрессионные зависимости приведены в таблице 1. Здесь же даны значения коэффициентов детерминации "Кд" и средней ошибки "Пср" определения параметра в процентах. Даны таблицы результатов расчета трех типов МРМ при испытаниях идентичных образцов во всех нагружа-телях. В ходе расчетов получены значения величин "Ки". ииг" и "Ки" и соответствующие им значения увеличения установившейся силы на неразрушившиеся в ходе испытаний образцы, коэффициента изменения суммарной установившейся силы в нагружателе и увеличения пиковой нагрузки на неразрушившиеся образцы. Часть зависимостей приведена в таблице 2.

Условное обозначение податливости "Х1" с целью удобства чтения выполнено двойным. В регрессионных зависимостях обозначение тройное. В частности обозначение "\61.0" читается как податливость пер-

вая в неразветвленной части шестипозиционной МРМ, а "\81-1" - как податливость первая в первой ветви разветвленной части восьмипози-ционной МРМ (количество ветвей определяется количеством одновременно устанавливаемых в МРМ образцов). Податливость образцов обозначена как "Хот". где индекс "т" равен числу позиций МРМ.

Полученные модели могут быть использованы на стадии проектирования новых МРМ аналогичной конструкции. Наиболее несовершенной с точки зрения взаимовлияния одновременно испытываемых образцов друг на друга является двухпозиционная машина КМУ-3-2М.8 которой нагру-жение системы в момент разрушения образца первой ветви моментно возрастает на 20 процентов, а второй - на 17 процентов. В этом отношении более удачна восьмипозиционная машина МР-5-8В, где даже при одновременном разрушении семи образцов пик нагружения на восьмой составляет менее четырех процентов. Существенно худшие характеристики КМУ-3-2М объясняются высокой податливостью узлов из-за их компактности обусловленной местом установки для испытаний на трубопроводах.

С учетом результатов математического эксперимента установлено, что оценку совершенства конструкции МРМ достаточно производить по уровню наиболее ответственной характеристике нагруженности- коэффициенту пиковой нагрузки. Для анализа процесса достаточно использовать первую строку полной таблицы эксперимента. Сводная таблица 3 результатов эксперимента с краткой характеристикой испытываемых образцов для восьмипозиционной машины приведена ниже (во всех позициях устанавливаются идентичные образцы). Кроме того проведен эксперимент с установкой в каждой позиции МРМ образцов различного размера и характеристик с целью выявления случаев максимального негативного эффекта (наихудшего сочетания образцов с точки зрения их взаимовлияния) . Было принято, что сочетания всех типов образцов возможны и равновероятны (см.Таблицу 4). Выявлено, что установка в МРМ различных образцов не является худшим случаем.

Таблица 1. Зависимости для расчета увеличения пиковой нагрузки (с учетом суммарной податливости частей МРМ - индекс "с") и (с учетом податливости элементов системы МРМ - индекс"э")

МРМ 'И расч. случай Формула регрессии для расчета Коэфф-т детерми нацииКд Ошибка средн. % пср

2 2с =33. 2-1. 65-уг 0.998 0.23

2э =32.5-0.518-10®-Х0г 0.988 0.51

6 6с =-256.97+0.27-1012-Хнб-0.69-102°-Х„6г 0.237 43.63

6э =-4.59-0.17-Ю12 - (Хб1- 2)+0. 47- 10го• (Х§1. 2)2 -0. 88-10, ■ а61. 3)+0. 47-10"- (Хб1.312 +0. 96-10,'•(Х61.4)-0.42-10, °■СХ61.4)2+ +0.41•10 2 -(Х69.0)+0.14-1011■(Х«9.0)г+„ +0.53-1012- (Х6Ю.0)-0.54-1021- (Х6Ю.О)2 0. 909 16.64

8с =141.25-0,79-10®-Хрв+О.14-1016-Хрвг--0.40-10 °-Хрв3- 20 2 -0. 86-101) -Х„8+0. 47 • Ю20 'Хк8 +0. 88■10"*'УвгО. 11•10 -Ув -0.68•10 -Ув 0.368 44.12

8 8э =176.60-0 49•109-Х0в+О.84-1015-Хов2" -0 96-10 Х08 + +0Л0-10*2- (£81.7)-0-14-102*- (Хв1.7)2+ +0.15-1011 • (Хв1.8)+0.78-10*®-(Х81.8)2--0.17-10 2- (Х81.9)+0.51-102°-(Х81.9)г+ +0.94-10(Х81.12)-0.3-102°- (Х81.1212--0.81•10 •(Хв9.0)+0.45-10 •(Ха9.0) 0.711 32.44

Таблица 2. Увеличение пиковой нагрузки, %

Тип А1 2 3 4 5 6 7 8

КМУ-3-2М! 1 19.46

КМУ-3-2Мг 1 16.91

МР6П-М 1 2 3 4 5 1.25 2.49 1.24 3.74 2.48 1.23 4.99 3.72 2.46 1.22 6. 24 4.96 3.69 2.44 1.21

МР-5-8В 1 2 3 4 5 6 7 0.55 1. И 0.55 1.66 1.10 0.55 2.22 1.66 1.10 0.55 2.77 2.21 1.65 1.098 0.55 3.32 2.76 2.20 1.65 1.095 0.56 3.88 3.31 2.75 2.20 1.64 1.09 0.54

Таблица 3. Характеристика образцов *1 и коэффициент пиковой нагрузки *2 "К" (в %) на образец при идентичной загрузке позиций восьмипозиционной МРМ

Тип *1 образца Диаметр, сечение,мм Состояние металла Разрыв, сила, Н Податливость X. м/Н Погрешность м/Н

Цилиндр1 Цилиндр2 ПлоскииЗ ПЛ0СКИЙ4 Цилиндрб Цилиндрб ПЛОСКИИ7 Плоский8 3 6 2 * 10 4 * 20 3 6 2 * 10 4 * 20 Корродир. _ » — Исходное _ II _ _ и _ _ II __ 6700 27000 11000 44000 7350 29400 12500 49000 1.152Е-06 .288Е-06 .680Е-06 .169Е-06 5.750Е-06 1.450Е-06 3.400Е-06 .850Е-06 .58Е-07 .14Е-07 .34Е-07 .85Е-08 .29Е-06 .73Е-07 .17Е-06 .43Е-07

Тип *2 образца Количество образцов в исходном состоянии

2 3 4 5 6 7 8

Цилиндр1 0.136 0.272 0.408 0.543 0.679 0.815 0.951

Цилиндр2 0.542 1.084 1.626 2.168 2.711 3.253 3.795

ПлоскийЗ 0.230 0.460 0.690 0.920 1. 150 1.380 1.610

ПЛ0СКИЙ4 0.921 1.844 2. 766 3.686 4.609 5. 531 6.453

Цилиндрб 0.027 0.055 0. 082 0. 109 0.136 0.163 0.191

Цилиндрб 0.108 0.216 0.324 0.432 0.540 0.647 0.756

ПЛ0СКИЙ7 0.046 0.092 0. 138 0.184 0.230 0.276 0.322

ПЛОСКИЙ8 0.184 0.368 0.552 0.736 0.920 1.104 1.288

Таблица 4 Значения общего коэффициента пиковой нагрузки (в %) на МРМ и максимального коэффициента пиковой нагрузки на один из оставшихся целыми образцов (последний выделен жирным шрифтом)

3 Количество/номера образцов в исходном состоянии МРМ

2/48 3/348 4/3468 5/23468 6/234678 7/2345678 8/12345678

1 8/4' 1.05 48/3 1.99 468/3 2.62 2468/3 3.20 24678/3 3.47 245678/3 3.62 1245678/3 3.77

"3" - количество неразорвавшихся образцов;

(*) - в числителе номера рвущихся образцов , в знаменателе - номер образца с максимальным значением коэффициента пиковой нагрузки

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ЗНАЧЕНИЙ ПОДАТЛИВОСТИ

Описаны методы экспериментального определения значений податливости и эксперименты, проведенные в лаборатории надежности ОГУ на восьмипозиционной установке МР-5-8В по определению значений податливости разветвленной и неразветвленной частей данной разрывной машины; дана последовательность этапов проектирования МРМ.

Разработаны рекомендации по эксплуатации МРМ при проведении испытаний. Результаты машинного эксперимента позволили установить, что для уменьшения взаимного влияния разрыва образцов на результаты испытаний рекомендуется: увеличивать жесткость неразветвленной части конструкции МРМ; испытывать в позициях МРМ образцы меньшего сечения: уменьшать жесткость разветвленной части конструкции МРМ установкой дополнительных упругих элементов малой жесткости (например, тарельчатых пружин); одновременно испытывать в МРМ образцы с отличающимися друг от друга значениями податливости; устанавливать различные значения предварительного нагружения образцов или зазоров в разных позициях МРМ; устанавливать искусственно различные значения конструктивных зазоров в ветвях соединений деталей крепления МРМ для разных образцов. Выполнение последних трех рекомендаций несколько снижает производительность испытаний, тем не менее она остается значительно выше производительности однопозиционных разрывных машин.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Доказана возможность и целесообразность использования МРМ для проведения коррозионно-механических испытаний.

2. Создана методика оценки нагруженности МРМ. позволяющая улучшить характеристики нагруженности многопозиционных нагружателей и повысить эффективность коррозионно-механических испытаний материалов.

3. Получены зависимости для определения значений податливости элементов в узлах МРМ: червячных и ортогональных зубчато-винтовых передач, резьбовых и клиновых соединений,оригинальной муфты, и конических деталей.

4. Предложена методика приведения к одному звену значений податливости элементов узлов МРМ, которые определяются видом деформа-

ции деталей и местом расположения их в кинематических схемах.

5. Разработана методика экспериментального определения податливости МРМ со сверхбольшим передаточным отношением и подтверждены данные теоретических исследований жесткости главных силовых цепей.

6. Разработано программное обеспечение для проведения регрессионного анализа при реализации методики расчета характеристик наг-руженности ИРМ, количественно определяющих эффекты взаимовлияния испытуемых образцов.

7. Создана методика оперативного анализа различных МРМ и назначения корректирующих мероприятий для снижения негативных эффектов взаимовлияния испытуемых образцов, позволяющая сократить сроки проектирования многопозиционной испытательной техники.

8. Предложена оптимизированная схема восьмипозиционной машины с минимальным эффектом взаимовлияния испытуемых образцов, дающая возможность проведения коррозионно-механических испытаний согласно традиционной методике с постоянной нагрузкой на образцы и по ускоренной методике с низкой постоянной скоростью деформации (Ю-5 с"1) образцов.

Автор благодарит Муллабаева A.A. и Чепасова В.И. за помощь в подготовке диссертации.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1 Уханов В.С., Клещарева Г.А. Экспериментальные исследования жесткости нагружающего устройства стенда КМС-5-8 / Информационный листок. Оренбургский ЦНТИ, N27, 1994.

2 Фот А.П., Клещарева Г.А. К вопросу динамических расчетов разрывных машин. Машиностроение: Сборник научных трудов. Оренбург, ОГТУ, ч. 1 - 1994. - С. 17-20.

3 Муллабаев А.А., Клещарева Г.А. Податливость усеченного конуса при различном напряженном состоянии. Машиностроение: Сборник научных трудов. Оренбург: ОГТУ, ч. 1 - 1994. - С. 56-60

4 Кушнаренко В.М., Муллабаев А.А., Клещарева Г. А. Определение податливости зубчато-винтовой передачи / Информационный листок. Оренбургский ЦНТИ, N25, 1995.

5 Клещарева Г. А. Податливость нестандартной муфты с упругими элементами / Информационный листок, Оренбургский ЦНТИ, N26, 1995.

6 Кушнаренко В.М., Муллабаев А.А.. Клещарева Г. А. Податливость

червячной передачи/Информационный листок. Оренбургский ЦНТИ,N27,1995.

7 Фот А.П., Муллабаев А.А., Кдещарева Г.А. Контактная податливость в клиновом соединении / Информационный листок. Оренбургский ЦНТИ, N 203, 1995.

8 Кушнаренко В.М., Клещарева Г.А., Муллабаев А.А. Контактная деформация в резьбовом соединении / Информационный листок. Оренбургский ЦНТИ, N206, 1995.

9 Кушнаренко В. М. Муллабаев А. А.. Клещарева Г. А. Углубленный подход к изучению предметного материала по разделу "муфты" курса "детали машин" / Тезисы докладов научно-методической конференции обеспечение государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Оренбург 1995г.с 46.

10 Кушнаренко В.М. Муллабаев A.A. Клещарева Г.А. Контактная деформация в резьбовом соединении / Тезисы докладов второй Российской научно-технической конференции.Оренбург - 1995г. с 90.

И Фот А.П.. Клещарева Г. А. Определение податливости зубчато-винтовой передачи / Тезисы докладов второй Российской научно-технической конференции. Оренбург - 1995г. с 94.

12 Муллабаев А.А..Огорелкова Н. И.. Клещарева Г.А. Определение контактной податливости фланцевых опор / Тезисы докладов второй региональной конференции. Оренбург 1997г. с 53-54.

13 Фот А.П., Муллабаев А. А.. Чепасов В.И., Клещарева Г. А. Динамические расчеты многопозиционных нагружателей. Пособие исследователя-конструктора. Издат-во ОГУ, Оренбург, 1997, 66 е., ил.

14. Чепасов В. И., Фот А. П., Клещарева Г. А. Определение связей между параметрами детерминированных процессов / Тезисы докладов межвузовской научно-методической конференции. 0ренбург-1997г.с 55.

15 Фот А. П., Муллабаев А.А., Клещарева Г. А. Оценка жесткости зубчато-винтовой передачи / Тезисы докладов третьей международной научно-технической конференции. 0ренбург-1997г. с 176.

16 Клещарева Г.А. Жесткость клинового соединения / Тезисы докладов третьей международной научно-технической конференции. Орен-бург-1997г. с 178.

17 Клещарева Г.А..Кушнаренко В.М. Силовой анализ многопозиционной испытательной техники / Международный научный конгресс студентов, аспирантов и молодых ученых. Москва-1997г. Сборник трудов, том 1. с 11-41.

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ НАГРУЖЕННОСТИ МНОГОПОЗИЦИОННЫХ РАЗРЫВНЫХ МАШИН

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Соискатель Г.А. Клещарева

Лицензии № ЛР020716 от 02.02.93. Подписано в печать 03.05.98 Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. 1 Тираж 100 Заказ 294

Отпечатанно в Оренбургской государственном университете. 460352, г.Оренбург, ГСП, нр. Победы, 13. Издательство О ГУ