Введение к работе
Актуальность работы. На всех этапах развития техники усталость металлов всегда считается одной из главных причин аварийных разрушений и отказов оборудования различного назначения, В тяжелом машиностроении усталостному разрушению достаточно широко подвержены крупногабаритные массивные соединения с гарантированным натягом. Так, на химических заводах известны случаи выхода из строя поршневых газовых компрессоров, которые происходят ввиду усталостного разрушения крупнотоннажных кривошипных валов. Уникальность сопрягаемых узлов таких изделий предъявляет особые требования к выбору технологических режимов сборки, к технологичности конструкции соединяемых деталей и самого прессового соединения, что в целом определяет надежность и долговечность работы оборудования.
Проблема усталостного разрушения изделий может быть достаточно успешно решена при разработке надежных методов прочностных расчетов, позволяющих прогнозировать зарождение усталостных трещин, описывать процессы их развития и предсказания момента окончательного разрушения деталей о учетом влияния конструктивных, технологических и эксплутационных факторов.
Поэтому изучение напряженно - деформированного состояния (НДС) крупногабаритных тяжелых прессовых соединений в зависимости от способа и температурных режимов сборки, условия теплового взаимодействия сопрягаемых деталей при формировании натяга, а также выбор и расчет рациональной геометрии сборочных узлов дает предпосылки для поиска эффективных путей повышения усталостной прочности соединения, а, следовательно, и всего оборудования в целом.
Цель работы. Повышение качества соединения кривошипных узлов газовых компрессоров на основе компьютерного моделирования технологии термической сборки и конструкции узлов сопряжения тяжелых прессовых соединений.
Методы исследования. В работе использован математический аппарат теории малых упруго - пластических деформаций, научных основ технологии машиностроения, теории прочности с применением аппарата метода конечных элементов, программных пакетов MSCvisualNastran, Ansys.
Экспериментальные исследования проведены на установке для испытания напреосованных образцов на кручение с изгибом; оценка микроструктуры в поперечных сечениях контактной поверхности валов выполнена на электронном сканирующем микроскопе «Philips' SEM 525-М».
Научная новизна.
1. На основе теории малых упруго - пластических деформаций и метода конечных элементов создана математическая модель крупногабаритного прессового соединения, позволяющая определить НДС сопрягаемых деталей с учетом их геометрии и условий сборки.
С-Петербург
ОЭ го^ант j&i.
-
Выполнена оценка усталостной прочности соединения в зависимости от конструкции сопрягаемых узлов и эквивалентных напряжений, возникающих в процессе термической сборки.
-
Выявлено влияние условий термической сборки прессового узла на качество соединения. Установлено, что сборка с локальным контактом сопрягаемых деталей приводит к появлению «термического удара», при котором напряженное состояние соединения возрастает на 40 - 50 % по сравнению о конвективным взаимодействием.
-
В результате анализа степени влияния мягких прослоек на концентра-щпо напряжений в зоне контакта прессового соединения установлено, что использование металлопокрытия из кадмия снижает концентрацию эквивалентных напряжений на 30 - 35 % по сравнению с напряженным состоянием соединения без покрытия.
Практическая ценность. Разработана технология термической напрес-совки крупногабаритных деталей, обеспечивающая рациональное НДС соединения, Определено влияние конструкции узла и технологических параметров сборки на усталостную прочность крупногабаритных соединений с гарантированным натягом. Установлено влияние условий сборки сопрягаемых деталей при формировании натяга на образование дефектов в прессовом соединении. Спроектировано индукционное нагревательное устройство дяя равномерного нагрева крупногабаритных изделий. Разработана конструкция установки для усталостных испытаний образцов и определения предела выносливости конструкционных материалов.
Автор защищает:
- математическую модель крупногабаритного соединения с гарантирован
ным натягом, учитывающую объемное напряженное состояние от совместного
силового и температурного воздействия;
результаты определения НДС тяжелого прессового соединения и их влияние на усталостную прочность кривошипных валов;
рекомендации по внедрению в производство технологических режимов напрессовки, конструкцию узла прессового соединения и конструкцию технологической оснастки, повышающих работоспособность крупногабаритных валов газовых компрессоров.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на международных, всероссийских, региональных, межвузовских научно - технических и практических конференциях: в том числе на международной научно -практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт - Петербург, 200бг); международной научно -практической конференции «Химия XXI век; новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2006); межрегиональной научно - технической конференции «Механики XXI веку» (Братск, 2006); региональной научно - технической конференции «Перспективные технологии получения и обработки материалов» (Иркутск, 2004, 2005); ежегодных научно - практических конференци-
ях факультета технологии и компьютеризации машиностроения Иркутского государственного технического университета.
Реализация результатов работы. По результатам научных исследований разработаны конструктивные и технологические рекомендации но изготовлению и сборке кривошипных валов крупнотоннажных компрессоров. Результаты работы предложено использовать на химическом заводе ОАО «Ангарская нефтехимическая компания (АНХК)». Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных рекомендаций составляет около 198 тыс. руб. в год.
Публикации, По результатам диссертационной работы опубликовано семь статей, получен патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка и приложений.
Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, включает 70 рисунков, 7 таблиц и 5 приложений, список литературы из 111 наименований,
Похожие диссертации на Повышение качества крупногабаритных соединений с гарантированным натягом при ремонте газовых компрессоров
