Введение к работе
Актуальность темы. Современные достижения фундаментальных наук, стремительная интеграция науки и техники предопределили переориентацию современного производства на выпуск искусственных упругопори-стых металлических материалов, использование которых в качестве элементов и рабочих органов транспортной техники обеспечивает значительное снижение металлоемкости, внедрение в производство экологически чистых безотходных технологий изготовления деталей с высокими упругофрикци-онными свойствами. Попутно отметим, что по данным проф. О.П. Мулюки-на, на средства виброзащиты динамически нагруженных объектов транспортной техники и оборудования (виброизоляторы и упругодемпфирующие элементы) приходится более 70% от общего количества всех созданных разновидностей упруго пористого нетканого металлического материала (УНММ).
Ярким представителем материалов данного класса является материал MP (металлическая резина), разработанный в СГАУ в 60-е годы. У истоков создания технологии изготовления и выполнения устройств из материала MP стояли видные ученые-экспериментаторы СГАУ, A.M. Сойфер, А.И. Белоусов, Д.Е. Чегодаев, В.Н. Бузицкий, Г.В. Лазуткин, А.А. Тройников, Ю.И. Байбородов, их ученики и последователи: О.П. Мулкжин, В А. Антипов, Ю.К. Пономарев, В.Ф. Паровай, Ф.М. Шакиров, М.А. Мальтеев и др.
Однако специфика создания материала MP и его многочисленных модификаций (малые рабочие хода на сжатие и растяжение; невысокая несущая способность и малый срок службы в условиях низкочастотных динамических воздействий при кратковременной работе) обусловили ряд недостатков УНММ, ограничивающих их применение в системах и средствах вибро-, ударозащиты объектов и грузов в наземных видах транспорта, из которых наиболее динамически нагруженным является железнодорожный и автомобильный транспорт. К этим недостаткам также следует отнести не удовлетворяющие службы наземного транспорта пределы варьирования уп-ругофрикционных свойств и несущей способности изделий из MP в процессе формирования и прессования заготовок из них, вследствие преобладания в проволочной основе материала MP контактного (точечного) взаимодействия витков отрезков проволочной спирали и неудовлетворительной сцеп-ляемости этих витков при формировании заготовок.
В связи с этим возрастает актуальность, научная новизна и практическая значимость представленных в настоящей работе авторских разработок совершенствования технологических процессов формирования и прессования заготовок из УНММ с улучшенными свойствами за счет обеспечения превалирующего над точечным линейного контакта витков проволочной основы, сопровождаемых соответствующим циклом теоретико-
экспериментальных исследований и практическими рекомендациями по конструированию виброзащитных устройств на базе УНММ.
Работа выполнялась в соответствии с координационными планами федеральных и отраслевых программ Федерального агентства по железнодорожному транспорту РФ: «Государственная программа по повышению безопасности движения поездов на железнодорожном транспорте России на период 1993-2000 годы» (Постановление Правительства РФ от 29.10.92 № 833), отраслевой «Программы энергосбережения на железнодорожном транспорте в 1998-2000, 2005 годах» (Постановление Правительства РФ от 04.07.98 №262 пр-у) и «Программы создания нового поколения грузового подвижного состава на 2000-2005 годы (Постановление Коллегии МПС РФ от 24-25 декабря 1999 г. № 23), а также в рамках Международной программы ЕС «ТЕМПУС» по насыщению фундаментальными и прикладными научными разработками учебной программы «Мехатроника, робототехника и робототехнические комплексы» в НИЛ «Динамическая прочность и виброзащита транспортных систем» Самарской государственной академии путей сообщения и кафедре «Автопласт» Орловского государственного технического университета.
Цель работы - усовершенствовать упругопористый нетканый металлический материал для улучшения упругофрикционых свойств и технологию его изготовления.
Для достижения поставленной цели были сформулированы задачи исследования:
-
Усовершенствовать упругопористый нетканый металлический материал путем изменения формы контактирующей поверхности элементов проволочной основы при формировании заготовки изделия.
-
Усовершенствовать технологию процесса формирования и хол-лодного прессования упругопористого нетканого металлического материала с превалирующим над точечным линейным контактом элементов проволочной основы.
-
Разработать и исследовать физическую модель и выполнить математическое описание свойств виброзащитного упругопористого металлического материала "МЕРЕТРАНС" при осевом циклическом нагружении.
-
Провести комплексные экспериментальные сравнительные исследования свойств материала, полученного по новой технологии.
-
Разработать научно обоснованные практические рекомендации по проектированию холодного прессования заготовок из упругопористого металлического материала и создать ряд оригинальных конструктивных схем виброзащиты агрегатов и оборудования транспортной техники с повышенными требованиями к качеству виброизоляции, сроку службы и эксплуатационной надежности.
Методы исследования:
В теоретической части работы применены известные методы физического моделирования (в частности, модель A.M. Сойфера) и метод апрок-симации полученных зависимостей степенными функциями.
В экспериментальной части работы применялись методы многократного циклического нагружения образца с последующей статистической обработкой результатов и исследованием полученных зависимостей с помощью специально созданной программы на базе MathCad-2001.
На защиту выносятся:
-
Усовершенствованный упрогопористый нетканый металлический материал с превалирующим над точечным линейным контактом элементов проволочной основы и технология его изготовления.
-
Физическая модель усовершенствованного материала и математическое описание результатов ее исследования.
3.Экспериментальные исследования по сопоставлению упругофрик-ционных, жесткостных свойств и проницаемой способности УНММ типов MP и «МЕРЕТРАНС».
4. Оригинальные технические решения средств виброзащиты транспортной техники и научно обоснованные практические рекомендации по их конструированию.
Научная новизна работы:
-
Синтезирован комплекс технико-экономических требований к перспективным технологиям создания различных модификаций УНММ для виброизоляторов и демпферов транспортной техники нового поколения.
-
Сформулировано математическое описание упругофрикционных свойств виброзащитного упругопористого металлического материала "МЕРЕТРАНС" при осевом циклическом нагружении.
-
Установлены закономерности влияния вида и формы получения спирали - заготовки на упругофрикционные свойства образцов из УНММ.
-
Получены сравнительные данные по проницаемости дросселирующих образцов из MP и МРТ в воздушной среде при идентичности пористости и геометрических параметрах.
Достоверность результатов обоснована: результатами теоретических исследований с применением апробированных моделей, в частности, модели A.M. Сойфера, а также методов их исследования; экспериментальных исследований с применением известных методов планирования экспериментов, статической обработки полученных результатов, а также использованием поверенных приборов и средств контроля и измерений.
Кроме того, достоверностью результатов исследований, выполненных в диссертационной работе, подтверждается удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных данных.
Практическая ценность:
-
Усовершенствован упругопористый нетканый металлический материал путем изменения формы контактирующей поверхности элементов проволочной основы при формировании заготовки изделия. Предложенное техническое решение защищено патентом РФ.
-
Разработаны научно обоснованные практические рекомендации по проектированию холодного прессования заготовок из упругопористого металлического материала и созданы ряд оригинальных конструктивных схем виброзащиты агрегатов и оборудования транспортной техники с повышенными требованиями к качеству виброизоляции, сроку службы и эксплуатационной надежности.
Реализация результатов работы.
-
Предложенные рекомендации по совершенствованию процессов формирования заготовок и прессования изделий из УНММ использованы при создании УДЭ из материала «МЕРЕТРАНС», демонстрируемых в 2005г. на Третьей ярмарке бизнес-ангелов и инноваторов Приволжского федерального округа, г.Самара: ВК «ЭКСПО-ВОЛГА».
-
Результаты аналитических и экспериментальных исследований функциональных свойств искусственных упругопористых нетканых металлических материалов используются в учебных процессах на кафедре «Строительно-дорожные машины и технология машиностроения» СамГАПС и кафедре «Автопласт» Орловского государственного технического университета при изучении дисциплин «Материаловедение», «Технология конструкционных материалов» студентами различных инженерных специальностей и направлений.
-
Основополагающие материалы диссертации легли в основу изданной при участии автора монографии для студентов ВУЗов технического профиля.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: международной конференции «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара, СГАУ, 2003); межвузовской научно-практической конференции «Вклад ученых вузов в научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте» (Самара, СамГАПС, 2003); IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, МИИТ, 2003); II международном научном симпозиуме «Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия» (Орел, Орел-ГТУ, 2003); Международной научно-практической конференции «Надежность и ремонт машин» (Гагра, ОрелГАУ, 2004); межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (Самара, СамГАПС, 2005); межкафедральном НТС при кафедре «Строительно-дорожные машины и технология машиностроения»
(Самара, СамГАПС, 15.02.06) и научном семинаре при кафедре «Автопласт» (Орел, ОрелГТУ, 03.03.06).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных трудов, включая монографию, 6 статей в научных сборниках, 2 патента Российской Федерации на изобретение и полезную модель, 4 тезисов докладов, 2 научно-технических отчета с гос. регистрацией.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 60 наименований, одного приложения и содержит 150 страниц основного текста в котором, 69 рисунков и 13 таблиц.
