Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние проблемы и задачи исследования 19
1.1 Износ и восстановление валов при эксплуатации и ремонте сельскохозяйственной техники 19
1.2 Способы холодной правки длинномерных валов изгибом 26
1.3 Технологии и технические средства правки валов в условиях ремонтных служб АПК 39
1.4 Повышение эффективности правки валов путем автоматизации процесса 46
1.5 Постановка проблемы и задачи исследования 64
Глава 2 Основы оптимизации процесса правки валов по схеме свободного изгиба на двух опорах 72
2.1 Общие соотношения между показателями и параметрами процесса правки 72
2.2 Выбор деталей-представителей для исследования 77
2.3 Обеспечение правильности и точности установки вала для обработки изгибом 82
2.4 Особенности оптимизации процесса правки валов и выбор направлений исследований 92
2.5 Обоснование параметров и критериев оптимизации процесса правки валов 97
Выводы по главе 2 106
Глава 3 Синтез и оптимизация операций измерения прогиба и пространственной ориентации вала 109
3.1 Постановка задачи обоснования путей оптимизации операции ориентации вала 109
3.2 Ориентация детали с применением метода численного дифференцирования функции ее вращения 110
3.3 Обеспечение точности ориентации детали 118
3.3.1 Влияние параметров системы вал-привод на точность ориентации деталей 118
3.3.2 Выбор оптимальных скоростей прямого вращения и реверса при ориентации деталей 123
3.3.3 Управление ориентацией детали снижением скорости прямого вращения в функции остатка пути 126
3.4 Поиск экстремальной точки прогиба вала в условиях неопределенности формы сигнала датчика кривизны 130
3.5 Обоснование путей снижения погрешностей измерения прогиба и ориентации валов 135
3.5.1 Измерение прогиба вала 135
3.5.2 Снижение погрешностей, вызванных конструктивными особенностями механизма ориентации валов 142
3.5.3 Оценка погрешностей, вызванных колебаниями упругой системы центров 150
3.6 Обоснование возможностей точной ориентации деталей с дефектами поверхности 155
3.7 Разработка алгоритма оптимального управления процессом измерения прогиба и ориентации валов 160
Выводы по главе 3 168
Глава 4 Обоснование оптимальной структуры операции устранения отклонений от прямолинейности оси валов пластическим изгибом 170
4.1 Алгоритмизация операции изгиба валов 170
4.1.1 Постановка задач исследования 170
4.1.2 Предпосылки к выбору и обоснованию алгоритмов правки натурных валов и лабораторных образцов 171
4.1.3 Алгоритмизация процесса правки торсионных валов 172
4.1.4 Декомпозиция многошаговой задачи управления процессом правки торсионных валов 177
4.1.5 Выбор алгоритмов правки натурных деталей и образцов 181
4.2 Обобщение математического описания пластического изгиба валов 183
4.2.1 Идеализация процесса правки валов 183
4.2.2 Схематизация диаграмм деформирования валов 186
4.2.3 Определение величины изгибающего момента вала 188
4.3 Обоснование структуры алгоритма правки валов близкого к оптимальному 191
4.4 Особенности ориентации и нагружения валов усилием поперечного изгиба 196
4.5 Предпосылки к исследованию сварных образцов из сталей карданных валов 205
4.6 Особенности и задачи экспериментальных исследований 207
4.7 Исследование пластичности образцов 212
4.7.1 Исследование пластичности образцов из нйзкоуглеродистых и специальных сталей 212
4.7.2 Использование диаграммы растяжения в законе управления процессом изгиба карданных валов 215
4.7.3 Использование диаграммы растяжения в законе управления процессом изгиба торсионных валов 219
4.8 Экспериментальные исследования процесса исправления отклонений от прямолинейности оси валов пластическим изгибом 223
4.8.1 Обоснование концепции постановки и проведения экспериментальных исследований 223
4.8.2 Постановка эксперимента по установлению зависимости качества правки от времени выдержки валов под нагружением изгибом 228
4.8.3 Постановка эксперимента и выявление факторов, влияющих на точностные показатели качества правки карданных и торсионных валов 230
4.8.4 Постановка эксперимента акусто-эмиссионного метода получения информации о нагружении валов изгибом 236
4.8.5 Правка валов поперечным пульсирующим усилием 240
4.8.6 Правка вала с включением в изгиб выправленного участка 242
4.9 Обработка экспериментальных данных и результаты исследований 243
4.10 Влияние дефектов металла валов на точность и производительность при исправлении отклонений оси от прямолинейности и пути их устранения 253
4.11 Повышение эффективности правки и эксплуатационных свойств валов (технические и технологические приемы).. 256
4.11.1 Применение магнитно-импульсной обработки 256
4.11.2 Поверхностно-пластическое деформирование валов после операции правки 257
4.11.3 Поверхностное пластическое деформирование валов в переменном магнитном поле 263
4.12 Выбор параметров для автоматического управления нагружением валов усилием изгиба 265
Выводы по главе 4 275
Глава 5 Реализация алгоритма автоматического управления процессом правки 277
5.1 Обоснование выбора функциональной и алгоритмической структуры системы автоматического управления 277
5.2 Создание элементов системы автоматического управления процессом правки валов 279
5.3 Повышение эффективности правки валов обеспечением автоматизированного контроля за ходом производственного процесса 294
Выводы по главе 5 296
Глава 6 Научно-практическая значимость и технико- экономическая оценка результатов исследования 297
6.1 Методы поиска и уровень разработанных технических решений 297
6.2 Эффективность промышленного использования разработанных технологических процессов правки и устройств для их реализации 299
6.3 Перспективы дальнейшего совершенствования технологий правки при изготовлении и восстановлении деталей класса валов и технических средств для их реализации 312
Выводы по главе 6 313
Заключение и основные выводы по работе 315
Список использованной литературы 318
Приложения 348
- Технологии и технические средства правки валов в условиях ремонтных служб АПК
- Обеспечение правильности и точности установки вала для обработки изгибом
- Поиск экстремальной точки прогиба вала в условиях неопределенности формы сигнала датчика кривизны
- Использование диаграммы растяжения в законе управления процессом изгиба торсионных валов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Детали класса валов (валы, оси, тяги, штоки, удлиненные втулки и т.п.) являются одними из самых распространенных и нагруженных деталей ответственного назначения. Они в значительной степени определяют ресурс машин сельскохозяйственного назначения. Особенно это характерно для машин повышенной энерговооруженности, эксплуатируемых в тяжелых условиях сельскохозяйственного производства.
Вопросы существенного повышения эффективности изготовления новых или восстановления изношенных деталей класса валов (в дальнейшем по тексту - ВАЛЫ) при ремонте сельскохозяйственной (с.-х.) техники решаются главным образом применением технологических процессов сварки, наплавки, металлизации, термической (химико-термической) обработки. С их применением в условиях АПК изготовляются и восстанавливаются практически все детали рассматриваемого типа.
Применение данных технологических процессов при изготовлении и восстановлении валов позволяет значительно повысить их эксплуатационные характеристики, снизить металлоемкость, а также трудовые и материальные затраты. Вместе с тем, в результате термического воздействия на деталь снижается точность ее размеров, увеличиваются отклонения формы и расположения поверхностей.
Непрерывно возрастающие удельные нагруженности машин, эксплуатация в тяжелых условиях сельскохозяйственного производства, приводят к деформации валов. Обладая достаточным ресурсом для дальнейшей эксплуатации по всем другим эксплуатационным свойствам, такие валы имеют отклонения от прямолинейности оси (прогибы), которые в 2-3 и более раз превышают допустимые значения. Это одна из основных причин снижения качественных показателей и производительности с.-х. техники, снижения эффективности систем точного земледелия, преждевременного выхода из строя механических передач и подшипниковых узлов.
Применение пластического изгиба (правки) для исправления отклонений геометрической оси валов от прямолинейности уменьшает, а в целом ряде случаев и совсем исключает, механическую обработку резанием и сокращает потери металла, исключает нарушение целостности сформировавшейся при термической обработке структуры и создание дополнительных концентраторов напряжений, сохраняет упрочненный поверхностный слой деталей после химико-термической обработки.
Поэтому на ремонтно-технических предприятиях (РТП), машинно-технологических станциях (МТС) и в ремонтных мастерских сельскохозяйственных предприятий (МТМ) все большую актуальность приобретают вопросы эффективного проведения процессов правки. Зачастую они являются финишными в общем процессе изготовления и восстановления валов и в значительной степени определяют точностные и эксплуатационные показатели их качества.
Наряду с этим, существующие технические средства и способы правки валов, применяемые на ведущих специализированных РТП и предприятиях автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения, отличаются сложностью, трудоемкостью, высокими энергозатратами и высокой технологической себестоимостью.
К тому же, они не позволяют получить требуемую точность исправления отклонений от прямолинейности оси одно-двухкратным изгибом вала, что приводит к необходимости многократного повторения процесса деформирования (до 6-7 раз и более), а значит - к снижению производительности и эксплуатационных свойств деталей, к неисправимому браку последних из-за возникновения трещин и даже разрушений материала. Появившиеся в последние годы правильные агрегаты, оснащенные устройствами ЧПУ (УЧПУ) и управляющими ЭВМ (УВМ), также не обеспечивают заданного качества правки одно-двухкратным нагружением детали, так как в основу принципа работы большинства из них заложены эвристические алгоритмы.
В частности, решение проблемы оптимизации технологического процесса правки валов по схеме свободного изгиба сосредоточенной нагрузкой на двух
опорах с применением УЧПУ или УВМ ограничивается различными полуэмпирическими подходами, преимущественно, построенными на обобщении производственного опыта. Так, существующие в процессе правки неуправляемые параметры (прежде всего, исходные физико-механические свойства материала и дефекты поверхности) определяются и учитываются не в текущем процессе на-гружения каждого вала, а в последующем цикле его изгиба.
Так как параметры протекания процесса первоначального изгиба вала используются для назначения режима правки при повторном (последующем) изгибе, когда уже изменились механические свойства материала и, возможно, параметры окружающей среды (техносферы предприятия), то настроечная зависимость алгоритма управления разрабатывается после статистической обработки результатов правки партии деталей одного и того же типа. В силу данного обстоятельства такой алгоритм управления не позволяет осуществлять качественную правку деталей однократным изгибом и находит применение только в крупно-серийном и массовом производствах, но не приемлем для условий единичного или мелко-серийного производства РТП, МТС и МТМ.
Кроме того, при использовании таких правильных агрегатов в производственных условиях АПК возникают труднорешаемые проблемы надежности, стоимости и сложности в обслуживании УЧПУ или УВМ.
В силу вышеизложенных причин и ряда других объективных обстоятельств, несмотря на несомненные достоинства правки при изготовлении и восстановлении валов, управление этим процессом при ремонте с.-х. техники в основном осуществляется вручную. Процесс правки крупногабаритных длинномерных деталей со сложным характером распределения прогибов вдоль оси и наличием сварных швов отличается особой сложностью. Параметры технологического процесса правки в таком случае выбираются и назначаются рабочим-правильщиком "на глаз", что требует от него уникальных навыков и определяет низкую производительность и невысокое качество правки. Кроме того, результаты правки, в значительной мере зависящие от делового настроя работника, не
могут быть использованы в статистических расчетах качества с целью управления ритмичностью производства и устранения "узких мест".
Особенно остро данные вопросы стоят при ремонте импортной техники и технологического оборудования, когда требуется восстановление или изготовление единичных экземпляров валов.
Технологам ремонтно-технических предприятий (РТП) и машинно-технологических станций (МТС), рабочим-ремонтникам ремонтных мастерских сельскохозяйственных предприятий (МТМ) нужны методы правки и соответствующие технические средства, которые позволят оперативно (прежде всего, без проведения предварительных теоретических и экспериментальных исследований, теряющих смысл в условиях МТС и МТМ в период сезонных работ) осуществлять качественную правку валов, отличающиеся простотой изготовления и обслуживания, высокой надежностью и невысокой стоимостью.
В силу рассмотренных причин необходимость выполнения данной работы была продиктована острой потребностью ремонтного производства.
Отмеченные вопросы представляются проблемными и требуют своего решения. Последнее видится в исследовании динамики процессов ориентации и нагружения детали усилием поперечного изгиба, что позволит выбрать оптимальные режимы, обеспечивающие повышение эффективности процесса правки в целом. Это тем более важно, что изготовление и восстановление валов в ремонтном производстве взаимосвязано с проблемой снижения удельной металлоемкости современных энергонасыщенных машин при одновременном повышении их эксплуатационной надежности, решаемой в основном машиностроительном производстве.
Наряду с этим, в отдельные положения диссертационной работы включены научно-технические решения, исключающие условия неопределенности и нечеткости протекания производственного процесса, отклонений в технологической дисциплине.
В связи с изложенным разработка теоретических положений и выбор научно обоснованных критериев, относящихся к оптимизации процессов прав-
ки и позволяющих на основе их совершенствования повышать эффективность изготовления новых и восстановления изношенных валов широкой номенклатуры в условиях АПК, представляет собой актуальную научно-техническую проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение и требующую теоретического обобщения и решения.
Актуальность данной проблемы существовала всегда. С течением времени, в силу постоянного снижения материалоемкости и повышения требований к надежности с.-х. техники и обеспечения условий комфортности при ее эксплуатации (снижение шума, вибраций и т.п.), данная проблема еще более актуализируется.
Актуальность проблемы и выбранного научно-практического направления исследований подтверждается соответствием данной темы как разделу Федеральной программы по научному обеспечению АПК РФ («Разработать научные основы развития системы технолого-технического обеспечения сельскохозяйственного производства, создания машин и энергетики нового поколения, формирование эффективного инженерно-технического сервиса в условиях рыночной экономики»), так и технологическому плану Межведомственной координационной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса РФ в 2001-2005г., а также одобрением данного направления НТС Межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского региона (протокол № 6 от 28.11.02.).
Следовательно решение этой крупной научной проблемы имеет важное народнохозяйственное значение. Необходимость таких научных изысканий многократно подчеркивалась в решениях конференций и совещаний.
Первая глава «Современное состояние проблемы и задачи исследования» посвящена системному анализу существующих методов и технических средств правки валов, применяемых при ремонте с.-х. техники в условиях РТП, МТС и
в МТМ, а также на предприятиях автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения.
Во второй главе «Основы оптимизации процесса правки валов по схеме свободного изгиба на двух опорах» приведены научно-практические предпосылки, определяющие повышение эффективности правки валов, обосновываются выбор деталей-представителей для исследования, а также параметры и критерии оптимизации процесса правки, осуществлен выбор целевых функций и проведен анализ их взаимосвязи.
В третьей главе «Синтез и оптимизация операций измерения прогиба и пространственной ориентации вала» осуществлена постановка и решена задача ориентации с применением метода численного дифференцирования функции вращения вала, показаны пути обеспечения точности ориентации, в том числе с дефектами поверхности валов, разработан алгоритм оптимального управления процессом измерения прогиба и ориентации деталей.
В четвертой главе «Обоснование оптимальной структуры операции устранения отклонений от прямолинейности оси валов пластическим изгибом» даются принципы выбора и обоснования оптимальной структуры операции устранения (исправления) отклонений от прямолинейности оси валов поперечным пластическим изгибом, осуществлен выбор параметров для автоматического управления процессом правки, показан порядок проведения и результаты экспериментальных исследований.
В пятой главе «Реализация алгоритма автоматического управления процессом правки» дается обоснование выбора функциональной и алгоритмической структуры процесса правки, осуществлен выбор элементов (блоков) системы автоматического управления.
В шестой главе «Научно-практическая значимость и технико-экономическая оценка результатов исследования» дана оценка эффективности промышленного использования разработанных процессов правки и технических средств для их
а осуществления, приведены пути последующих исследований в целях дальней-
шего повышения эффективности правки валов при ремонте с.-х. техники.
Цель работы - повышение эффективности правки деталей класса валов при ремонте сельскохозяйственной техники на основе оптимизации процессов пространственной ориентации и обработки изгибом.
При поиске решений поставленных в работе задач исследования было уста
новлено, что многие задачи, возникающие в системном анализе и исследовании
операций, по отысканию совокупности условий, обеспечивающих достижение
экстремальных критериев эффективности, в том числе, конкретных производ
ственно-технических систем, являются задачами поиска глобального (или част
ії ных) экстремума.
В этой связи принята центральная научная гипотеза, которая положена в основу проведения теоретических и экспериментальных исследований технологических операций пространственной ориентации вала и обработки его изгибом.
Гипотеза. В процессе пространственной ориентации и последующей обработки вала поперечным изгибом существуют закономерности образования изменяющихся во времени и действующих в пространстве взаимозависимых связей, являющиеся непрерывными функциями с экстремальными значениями (экстремумами), выявление которых путем непосредственного измерения физических величин) позволит обеспечивать точную установку вала в необходимое для правки положение и определять упругую составляющую общей деформации вала при изгибе и, тем самым, назначать индивидуальные режимы правки каждой детали.
Объект исследования. Процесс правки валов при ремонте сельскохозяйственной техники, осуществляемый свободным изгибом детали на двух опорах сосредоточенной нагрузкой после ориентации ее экстремальной точкой прогиба непосредственно под рабочий инструмент (боек).
Предмет исследовании - закономерности образования взаимозависимых связей параметров протекания процессов ориентации и изгиба валов с показателями прямолинейности оси и производительности.
Методы исследований. Использовался системный подход к исследованию, включающий критический анализ научно-технической литературы и патентные исследования, теоретические исследования и физическое моделирование процессов правки, а также промышленное опробование и внедрение.
Изучение и обобщение научной проблемы произведено: на базе теорий упругости и пластического изгиба металлов, базирования; теорий программного управления пространственным положением вращающихся объектов; с применением теоретических основ и научных положений теории оптимизации технологических процессов.
Исследование технологического процесса правки осуществлялось также с применением общетеоретических положений и позиций прикладной математики и автоматических систем управления технологическими процессами.
При проведении теоретических и экспериментальных исследований использовались основные положения теории и практики ремонта с.-х. техники, а также технологии машиностроения, получившие постановку, теоретическую и прикладную проработку в научно-исследовательских работах отечественных и зарубежных ученых и специалистов.
Экспериментальные исследования базируются на принципах системного анализа и восстановления деталей класса валов машин сельскохозяйственного назначения с привлечением методов математической статистики и экспертных оценок.
Экспериментальные исследования проводились методами физического моделирования и промышленного опробования на специально созданных лабораторных стендах и установках с применением современных измерительных приборов, а также на промышленном оборудовании в условиях действующего производства.
В экспериментах применялась как стандартная (системы ГПС), так и разработанная и изготовленная автором контрольно-измерительная и регистрирующая аппаратура.
Научная новизна. Обоснована концепция повышения эффективности правки валов при их восстановлении и изготовлении в условиях АПК, базирующаяся на использовании информации о текущем поведении экстремальной точки прогиба детали в пространстве и во времени, а также информации об изменении физико-механических свойств детали как в физическом теле, так и на ее поверхности при переходе материала из состояния упругости в состояние пластичности.
Впервые поставлены и решены задачи оптимизации: процесса поиска экстремальной точки прогиба и ориентации вала в необходимое для правки положение в течение одного оборота ее вращения при наличии дефектов на поверхности детали в зоне контролируемого сечения и условий неопределенности пространственного положения после загрузки в качающиеся центры правильного агрегата; процесса нагружения валов усилием поперечного изгиба.
Вскрыты причины возникновения погрешностей ориентации детали и предложены математические модели образования этих погрешностей, на основании которых установлены оптимальные (с точки зрения производительности и качества правки) скорости вращения вала».
Найдены конструктивные решения технических средств для исключения неопределенностей и нечеткостей производственного процесса при последовательном воздействии на него как объект управления различных возмущений.
Научная значимость и новизна научно-технических решений по повышению эффективности применения правки деталей класса валов в условиях ре-монтно-технического предприятия за счет совершенствования технологического и производственного процессов подтверждена 45 авторскими свидетельствами на изобретения.
Научная новизна положений работы, выносимых на защиту:
1. Закономерности образования связей, действующих при ориентации валов и являющихся непрерывными функциями с экстремальными значениями, по-
зволяющие обеспечивать требуемую точность измерения прогиба вала и осуществлять точную установку экстремальной точкой прогиба непосредственно под рабочий инструмент (боек) деталей широкой номенклатуры, в том числе, с дефектами поверхности.
Использование информации о срыве напряжения материала валов от верхнего до нижнего предела текучести, соответствующего наличию глобального экстремума аргумента функции «напряжение-деформация» и определяемого путем непосредственного отслеживания и анализа перепадов давления рабочей жидкости в силовом гидроцилиндре правки, для назначения индивидуальных режимов правки каждой детали, изготовленной из низкоуглеродистых сталей или с применением сварки.
Использование информации о нарушении текущего отношения между вектором аргумента и вектором функции «напряжение-деформация», получаемой измерением текущих значений линейного перемещения рабочего инструмента и давления рабочей жидкости в силовом гидроцилиндре правки, для определения моментов начала пластической составляющей в общей деформации валов из высокоуглеродистых сталей.
Математические модели и алгоритмы, обеспечивающие создание оптимальных режимов ориентации и изгиба валов как на прессах, конструкции которых предусматривают только ручное выполнение всех операций и переходов, так и при адаптивном управлении процессом с учетом имеющих место ограничений и неконтролируемых (неуправляемых) воздействий техносферы предприятия.
Технические средства и методы, позволяющие осуществлять адаптивное управление операциями пространственной ориентации и обработки изгибом деталей, изготовленных из низко- и высокоуглеродистых сталей, отличающиеся простотой схемно-аппаратурного и конструктивного решения, изготовления и обслуживания, низкой стоимостью, что способствует их применению не только на специализированных РТП, но и в МТС, и МТМ.
Научная значимость и новизна основных положений работы подтверждена получением 17 авторских свидетельств на изобретения, а также «ноу-хау», из-
ложенными в заявках для защиты их патентами, и публикациями, обладающими приоритетом в постановке и решении рассматриваемых проблем.
Практическая значимость работы и реализация результатов исследования. Разработаны технологии и технические средства, обеспечивающие повышение эффективности применения холодной правки при восстановлении и изготовлении длинномерных деталей класса валов ответственного назначения широкой номенклатуры для с.-х. техники, оборудования по переработке сельхозпродукции. Результаты исследований послужили научному обоснованию новых технологий и технических решений, которые доведены до производственного применения на ряде ремонтных и машиностроительных предприятий и позволяют обеспечить требуемое качество правки минимальным количеством нагружений валов, высокую производительность, снизить непроизводительные расходы энергии, материальных и трудовых ресурсов.
Предложенные теоретически обоснованные и практически подтвержденные решения позволяют избавиться от длительного и дорогостоящего пути теоретических и экспериментальных исследований при разработке технологических процессов правки деталей класса валов на РТП, в условиях МТС и МТМ.
Проведена схемно-аппаратурная реализация основных элементов САУ правильным агрегатом с учетом возможности их сопряжения с ЭВМ или УЧПУ в условиях автоматизированного ремонтного производства.
Раскрыты наиболее важные с практической точки зрения особенности процессов правки валов, в том числе, с дефектами поверхности.
Практическая значимость результатов проведенной работы подтверждается большим количеством запросов, поступивших от проектно-конструкторских организаций и предприятий, на разработанные устройства и способы правки, а также эффектом, полученным от их использования.
На большинство разработанных и внедренных способов и устройств конст-рукторско-технологическая документация передавалась в Курганский ЦНТИ Российского объединения информационных ресурсов научно-технического
развития (Росинформресурс), по результатам чего выпущено 67 информационных листков общим тиражом свыше 26000 экземпляров, распространенных по системе Росинформресурса в России, а также по ряду бывших союзных республик СССР.
Реализация результатов исследования осуществлялась по следующим направлениям:
Результаты НИОКР и соответствующая конструкторско-технологическая документация использовались Курганским ГЖБ Минавтопрома, КЭКТИавто-промом на стадии расчета и проектирования, в том числе, для создания совместно с фирмой «THORNS» (Швеция) гаммы правильных станков.
Выполнена модернизация правильных агрегатов для правки карданных и торсионных валов, ходовых винтов и специальных длинномерных изделий на ряде предприятий автомобильного, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, ремонтно-технических предприятий АПК и ремонтных баз.
Отдельные блоки, являющиеся основой научно-технических решений рассматриваемой проблемы, прошли метрологическую аттестацию в качестве средств измерения.
Использование результатов работы позволяет в среднем в 2...3 раза повысить производительность оборудования и производительность труда операторов, при одновременном уменьшении энергоемкости детале-операции до 60% и снижении технологической себестоимости детале-операции в среднем в 2,5 — 3 раза; сократить в 2...2,5 раза время нахождения детали в производстве, повысить качество деталей, в том числе, от импортных машин и оборудования перерабатывающих отраслей АПК, воспроизводимых в условиях ремонтно-технических предприятий; осуществить «гуманизацию» труда рабочих-правильщиков.
По результатам многолетних теоретических и практических исследований разработаны рекомендации по повышению эффективности правки длинномерных деталей автотракторной и сельскохозяйственной техники, позволяющие
осуществлять модернизацию правильного оборудования РТП, МТС, мастерских с.-х. предприятий.
Рекомендации одобрены НТС Межрегионального комитета по сельхозмашиностроению Ассоциации экономического взаимодействия областей и республик Уральского Федерального округа (протокол № 6 от 28.11.2002 г.), выпущены тиражом 2000 экземпляров и направлены в Департаменты сельского хозяйства краев, республик и областей РФ, в сельскохозяйственные вузы, на предприятия автомобильного, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения.
В настоящее время продолжается работа по совершенствованию и промышленному производству технических средств для оснащения правильных агрегатов ряда предприятий машиностроения и ремонтных предприятий АПК.
Апробация работы. Результаты проведенных НИР и отдельные положения настоящей работы докладывались, были обсуждены и одобрены: на Международных научно-практических конференциях: "Научные результаты - агропромышленному производству" (Курган, 2004 г.); "Экологизация технологий: проблемы и решения" (Москва-Курган, 2004 г.); на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Техническое творчество химических войск МО СССР "ТТХВ-77" (Чебаркуль, 1977 г.); "Проблемы обработки деталей машиностроения на станках с ЧПУ" (Свердловск, 1983 г.); "Проблемы создания и эксплуатации гибких производственных систем и промышленных роботов на предприятиях машиностроения" (Севастополь, 1990 г.); на одиннадцати региональных и зональных научно-технических конференциях; на заседаниях НТС; на техсоветах и технических совещаниях предприятий, где проводился ряд исследований и осуществлялось внедрение результатов исследований и разработанных устройств (Херсон, Курган и др., 1971-1989 гг.).
Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на заседаниях кафедры «Эксплуатация и ремонт машинно-тракторного парка» Курганской ГСХА (с.Лесниково, КГСХА, 2001 г.; 2002 г.; 2003 г.).
Полное содержание диссертации обсуждалось на расширенном заседании руководителей проблемных Советов КНЦ МАНЭБ (Курган, 2004 г.), на кафедре "Эксплуатация и ремонт МТП" Курганской ГСХА (с.Лесниково, КГСХА, 2004 г.); на объединенном заседании кафедр «Технология и организация технического сервиса», «Эксплуатация машинно-тракторного парка», «Уборочные машины» Челябинского государственного агроинженерного университета (Челябинск, ЧГАУ, 2004 г.).
Публикации. Результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, внедрений разработок в производство по теме диссертации и ее основные положения нашли отражение в 154 публикациях, в числе которых 2 книги и 6 брошюр, 33 статьи и опубликованные доклады, 45 авторских свидетельств на изобретения.
Ряд работ автора использованы в научных трудах проф. Шарина Ю.С., проф. Пономарева В.П., проф. Лапшина П.Н., проф. Пухова А.С. и других ученых и специалистов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов после каждой главы и основных выводов, списка литературы (331 наименование, из них 16 на иностранных языках) и приложений.
Работа содержит 348 страниц основного текста, 104 рисунка, 4 таблицы.
Общий объем работы составляет 398 страниц.
Технологии и технические средства правки валов в условиях ремонтных служб АПК
Правильные агрегаты, созданные на основе вертикальных двухстоечных гидравлических прессов, в настоящее время являются основным технологическим оборудованием для правки деталей класса валов в производственных цехах зарубежных и отечественных предприятий автомобильного, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения, РТП и МТС.
До настоящего времени многими отечественными и зарубежными предприятиями производятся и используются для исправления кривизны оси гладких и ступенчатых валов гидравлические двухколонные вертикальные прессы [7, 277], конструкции которых предусматривают только ручное управление. Все режимы правки выбираются самим правильщиком и полностью зависят от его опыта и умения. Поэтому сам процесс исправления кривизны валов в ручном режиме с точки зрения точности (качества) и производительности является в определенной мере искусством оператора-правильщика.
При ручном проведении операций правки валов рабочему-правильщику приходится каждый раз подбирать требующийся прогиб, производя несколько (до 6-7 раз и более) нажимов пуансоном и постепенно увеличивая прогиб детали. Результат ручной операции правки становится узким местом технологического процесса восстановления изношенных и изготовления новых деталей, а поскольку операция правки полностью зависит от оператора, то тормозится процесс повышения культуры и автоматизации производства.
Наряду с этим, при многократной правке длинномерных валов с несколькими прогибами вдоль их тела в местах силового контактного взаимодействия вала с бойком и призмами пресса появляются концентраторы напряжений. Кроме того, выполнение работ на агрегатах правки с ручным режимом управления и выполнением вручную всех вспомогательных операций и переходов (загрузка, вращение вала, выгрузка и т.д.) связано с большими физическими усилиями и утомляемостью рабочих-правильщиков. В производственных условиях, не отвечающих требованиям техники безопасности и культуры производства, на участках правки нередки случаи травматизма. Заготовки, применяемые для изготовления валов, в том числе, в условиях РТП, МТС и МТМ, получают, преимущественно, из сортового проката. Наиболее распространенными дефектами заготовок являются отклонения от прямолинейности оси [181, 213, 222, 223, 227, 276]. На длинномерных валах отклонения от прямолинейности оси называются сабельностью, если все они находятся в одной плоскости, или продольной кривизной, если они располагаются в разных плоскостях. В настоящей работе рассматриваются методы и оборудование для исправления отклонений от прямолинейности оси в виде сабельности продольной кривизны. Правка валов сельхозмашин, технологического оборудования перерабатывающих отраслей АПК, как отмечалось ранее, чаще всего осуществляется без подогрева деталей. При этом пластическая (или остаточная) деформация происходит за счет внутрикристаллических сдвигов металла, требующих приложения больших внешних усилий (поперечного изгиба и/или растяжения). В деформированных слоях материала детали происходит изменение ряда основных физико-механических свойств. В частности, снижается пластичность металла. Наряду с этим повышаются твердость, предел текучести и предел прочности. Возникает, так называемое, явление наклепа или нагартовки [227, 276]. Способ правки валов по схеме свободного изгиба на двух опорах сравнительно прост и практически доступен в любых условиях ремонтно-восстановительного производства АПК. В целом ряде случаев правка является единственно возможным способом устранения деформаций при восстановлении и изготовлении валов в цепи всех технологических операций. В связи с тем, что в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении, как и в других отраслях машиностроения для нужд АПК, материалоемкость деталей снижается при одновременном повышении требований к качеству деталей, в том числе, по показателям прямолинейности оси и сохранении требуемой прочности в период эксплуатации, в целом потребность в правке «испытывают» в процессе восстановления (или изготовления в условиях РТП, МТС и МТМ) на различных стадиях технологического процесса до 100% валов, то есть перспективы применения правки при воспроизводстве валов в условиях РТП, МТС и МТМ расширяются. В настоящее время во всех отраслях экономики страны, включая АПК, опытные правильщики становятся редкостью. Процесс правки валов стоит на самой границе еще выполняемых вручную операций обработки таких деталей поперечным изгибом (правкой). Новые требования к процессу правки, объективно выдвигаемые необходимостью решения технико-экономических, социальных и эколого-эргономических задач, гласят: автоматический режим работы, высокая точность и простое обслуживание. Дальнейшее развитие обычных прессов и традиционных методов правки становится уже невозможным, т.к. преимущества, которые можно было получить, существенно ограничены. Поэтому необходимо избирать новые пути. Значительное повышение точности исправления отклонений от прямолинейности оси, резкое сокращение затрат времени, снижение технологической себестоимости может быть достигнуто, прежде всего, за счет автоматизации правки. Каждый год в данной области выдавалось большое количество авторских свидетельств, а в настоящее время патентов, на изобретения, что свидетельствует об актуальности рассматриваемой проблемы.
Значительный вклад в комплексные исследования и разработку устройств и систем автоматического управления правильными агрегатами на уровне изобретений внесли ученые и специалисты Экспериментального научно-исследовательского института кузнечно-прессового машиностроения (ЭНИК-Маш, г.Воронеж) [18, 21, 23, 24, 25, 26, 27, 29, 31, 35, 37, 38, 39]. Этому направлению посвящены также работы Пермского [50, 58, 77,78] и Воронежского [40] политехнических институтов, а также других организаций и предприятий страны [12,13,17].
Точностные показатели качества исправления отклонений оси от прямолинейности валов, которые должны быть достигнуты пластическим изгибом, определяются точностью установки вала экстремальной точкой прогиба непосредственно под боек и точностью его обратного перегиба. В соответствии с этим автоматические устройства и системы по их функциональному, информационному и конструктивному признакам разделяются на две большие группы, каждая из которых представляет собой для решения самостоятельную техническую задачу. Это: а) устройства (системы) ориентации деталей экстремальной точкой прогиба в нужное для правки положение; б) устройства (системы) измерения величины прогиба и задания необходимого усилия изгиба.
Обе группы стали предметами двух направлений теоретических и экспериментальных исследований, в результате которых появилось разнообразие устройств и систем как для управления процессом ориентации валов, так и для нагружения их требуемым усилием изгиба.
При анализе патентных материалов отобраны 64 описания изобретений, представляющихся перспективными для эффективного применения их при восстановлении валов сельскохозяйственных машин и автотракторной техники. Их основная масса принадлежит СССР (России), США, Швейцарии, Японии, Швеции.
Обеспечение правильности и точности установки вала для обработки изгибом
Детали класса валов с.-х. техники в большинстве случаев лимитируют ресурс узлов и агрегатов машин. Коэффициент их восстановления при капитальном ремонте с.-х. техники составляет 0,25...0,95. Длина восстанавливаемых валов составляет от 100 до 1400 мм и более; около 90% этих деталей имеют длину менее 1000 мм. Диаметры валов находятся в пределах 12...210 мм; у 98% валов диаметр не превышает 60 мм. Масса валов находится в диапазоне 0,2...50 кг (среднее значение около 8 кг).
Среди валов, широко применяемых в автотракторной и сельскохозяйственной технике, технологическом оборудовании перерабатывающих отраслей АПК, есть цельные и пустотелые, гладкие и шлицевые, валы-шестерни, а также комбинированные валы в разнообразном сочетании из приведенных выше групп.
Выбору деталей-представителей при решении рассматриваемой проблемы предшествовало исследование состояния сельскохозяйственной техники, прежде всего, транспортного назначения и повышенной энерговооруженности и грузоподъемности, поступающей на РТП, МТС, а также в ремонтные подразделения предприятий-изготовителей, с раскрытием причин потери работоспособности их составных частей. Результаты выполнения этого этапа исследования показали, что до 70-75% выхода техники из строя происходит по причине изнашивания или разрушения деталей класса валов, преимущественно, с малой жесткостью и повышенными удельными нагрузками.
В ходе производственных обследований состояния технологического обеспечения прямолинейности оси термически упрочненных валов, выполненных на ряде предприятий автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения и ремонтно-технических предприятий, было признано целесообразным использовать в качестве деталей для исследования торсионные и карданные валы автотракторной и с.-х. техники. Данные типы валов восстанавливаются и изготовляются как в условиях автоматизированного производства, так и на предприятиях с «малой» механизацией. При этом используются практически все получившие наибольшее распространение технологические операции и оборудование, в том числе на специализированных ремонтных предприятиях и в мастерских хозяйств, применяемые для восстановления валов, а процессы правки зачастую остаются «узким местом». Второе - наличие операций термической и химико-термической обработки торсионных валов и операций сварки карданных валов, которую в соответствии с работами [65, 66, 76] можно рассматривать как один из специфических видов термообработки.
Третья особенность - технико-экономическая проблема восстановления и изготовления валов в условиях АПК. Основным видом деформации торсионных и карданных валов после термообработки и сварки, который наиболее беспокоит технологов и эксплуатационников, является появление кривизны, преимущественно, сабельности. У карданного вала она появляется в месте сварки шлицевого наконечника и карданной трубы. При работе валы испытывают изгибы и кручения, а в некоторых случаях дополнительно растяжение или сжатие. Изогнутость валов существенным образом определяет долговечность передачи, в частности, работоспособность шли-цевого соединения, является одной из основных предпосылок снижения эксплуатационной надежности не только собственно самих валов (изгиб, скручивание, поломки), происходит преждевременный износ крестовин, подшипников, шлицевых соединений и в целом трансмиссии машины [113, 124, 299]. В номенклатуре работ по ремонту, восстановлению и изготовлению машин, узлов, агрегатов, деталей и других услуг, оказываемых ремонтно-техническими предприятиями агропромышленного комитета Департамента сельского хозяйства Администрации Челябинской области, имеется много длинномерных деталей класса валов. В частности, осуществляется изготовление вала задней навески, пальцев, полуоси, вала силового (Варшавское РТП), многоступенчатых валов для механизмов животноводческих ферм (Есаульское РТП), оси коленчатого вала и вала ведущего колеса (Аргаяшское РТП), деталей типа «Вал» 0 от 40 до 60 мм (Верхне-Уральский ремонтный завод), вала распределительного (Коркинский авторемонтный завод), вала распределительного ЗИЛ-13 0, валов коробки передач (Магнитогорский ремонтный завод), передней оси МТЗ (Брединское РТП) и другие. При этом (как показал анализ) используется большинство видов обработки, применяемых при восстановлении и изготовлении карданных и торсионных валов. Научный и практический интерес к исследованиям торсионных и карданных валов вызывают также высокие требования к показателям прямолинейности оси этих изделий. Так, согласно техническим условиям на изготовление, у торсионных валов модели МАЗ 3537-2902860 отклонения от прямолинейности оси по всей длине (1600 мм; 1750 мм) не должны превышать 1,0 мм, а после выполнения ряда операций - не более 0,5 мм. Карданные валы моделей МАЗ 537-2206015 и ГАЗ 51-2202015-Б допускают (в месте сварки шлицевого наконечника и трубы) прогибы, при которых биения в контрольных точках (оговоренных ТУ) не должны превышать соответственно 0,15 мм и 0,20 мм (отклонения осей от прямолинейности 0,075 мм и 0,10 мм) [289, 290]. Результаты замеров прогибов торсионных и карданных валов показали, что средняя величина стрелы прогиба заметно отличается от допустимой, а максимальные прогибы в отдельных случаях значительно (в 4..8 раз) превышают допустимые. Исходя из требований соответствия норм точности и технических условий служебному назначению машины точностные показатели качества исправляемых изгибом валов должны быть не ниже размерных параметров указанных в ТУ на данный типоразмер вала [293], Однако значительное повышение точности валов по показателям прямолинейности оси имеет смысл, т.к. в целом ряде случаев дает значительный экономический или иной положительный эффект [100]. В частности, при эксплуатации машин и механизмов, где применены валы с минимальными отклонениями оси от прямолинейности, снижаются удельные затраты энергии и передаваемой мощности, уменьшаются вибрации и др. вредные колебания и биения, повышается эксплуатационная надежность и долговечность. Целесообразность решения рассматриваемой проблемы на примере исправления прогиба торсионных и карданных валов подтверждается рядом других факторов. Во-первых, на целом ряде заводов и ремонтных предприятий изготовление и восстановление рассматриваемых валов осуществляется на автоматизированных линиях сборки-сварки [288]. При этом операции исправления отклонений их оси от прямолинейности, в частности, все вспомогательные переходы и приемы (загрузка и выгрузка валов, вращение их при измерении прогиба и ориентации, переключение гидрозолотников, силового гидроцилиндра и др.), осуществляются вручную.
Поиск экстремальной точки прогиба вала в условиях неопределенности формы сигнала датчика кривизны
С учетом отклонений радиусов валов, их масс и исходящих прогибов, времени отключения электромагнитной муфты и тормозного усилия этот угол будет лежать в диапазоне срі [$ (рз, где (ріілсрз- соответственно минимальный и максимальный углы выбега для определенной номенклатуры валов с учетом отклонений их размеров и масс. Углы рі и рз определяют соответственно с формулами (3.35) и (3.38).
С целью устранения погрешности ориентации определяемой углом выбега необходимо сместить ось измерительного штока датчика кривизны на угол рз относительно оси бойка в сторону противоположную направлению вращения вала.
Вышеизложенные рассуждения и доводы позволяют упростить алгоритм работы механизма ориентации валов. Он заключается в следующем: ось измерительного штока датчика кривизны смещали на максимально возможный угол выбега экстремальной точки прогиба, определяемый по формуле (3.38) для предполагаемой номенклатуры восстанавливаемых валов; при измерении исходного прогиба вал вращали со сравнительно высокой скоростью соп, а точную ориентацию осуществляли путем доворота вала на ползучей скорости на угол
Т.е. после обнаружения датчиком кривизны экстремальной точки прогиба подается команда на привод о переходе на низкую доводочную (ползучую) скорость и после отсчета угла смещения датчика (угла опережения) отключают электромагнитная муфта. Экстремальная точка прогиба будет на позиции точкой установки, т.е. непосредственно под бойком.
Углы рп, (р и ps, ср устанавливаются опытным путем в процессе наладки механизма ориентации валов и заносятся в технический паспорт агрегата. При ориентации валов по данному алгоритму, т.е. в случае смещения датчика и последующего доворота вала на доводочной (ползучей) скорости, достигается повышение точности ориентации детали и производительности на данном технологическом переходе, упрощается привод вращения детали.
Полное линейное перемещение S„ экстремальной точки Эо в пространстве в течение цикла ориентации определяется углом начальной фазы (р0, который находится в пределах Уравнения (3.44) и (3.52) позволяют определить оптимальную скорость вращения вала при его ориентации (соп), которая обеспечивает максимальную производительность механизма ориентации валов при заданной точности ориентации, определяемой скоростью доворота 00д. Таким образом, требуемая точность остановки при этом достигается переводом движущегося механизма на малую, «ползучую», скорость, величина которой выбирается такой, чтобы при отключении сигнала управления приводом выбег детали не превышал допустимой величины и был стабильным. Выбег механизма, то есть путь его торможения, зависит от величины скорости, с которой началось торможение, инерционных масс механизма, момента инерции двигателя и тормозного момента, развиваемого двигателем. Эта зависимость достаточно строго может быть представлена следующим соотношением: где J u - момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя; Здв - момент инерции приводного двигателя; со0 - частота вращения двигателя в момент начала торможения; Vo - скорость механизма, с которой начинается его торможение; Мт, М м - тормозной момент двигателя и приведенный момент сопротивления механизма соответственно; ST - выбег механизма. Из зависимости (3.53) следует, что для уменьшения пути торможения и повышения его стабильности большое значение имеет правильный выбор приводного двигателя и типа привода. Очевидно, что системы электропривода с широким диапазоном изменения частоты вращения вниз от номинальной на базе малоинерционных электродвигателей имеют здесь неоспоримое преимущество. В качестве привода механизма ориентации может применяться следящий привод постоянного тока, замкнутый шаговый привод, разомкнутый шаговый привод. Анализ области рационального применения этих систем - предмет специального исследования. Заметим, что в отношении ориентации карданных и торсионных валов хорошими возможностями в отношении быстродействия и точности позиционирования обладает (замкнутый шаговый привод с использование шагового двигателя (ШД) в режиме бесконтактной машины постоянного тока). Проведенный анализ показывает, что оптимизация процесса ориентации вала должна проводиться на основе комплексной математической модели, характеризующейся высокой сложностью, большим числом независимых параметров и ряда технологических ограничений. Высокая трудоемкость вычислений и большой объем обрабатываемой информации требуют использования ЭВМ на всех этапах разработки математической модели и оптимизации операции ориентации. В связи с необходимостью использования рассматриваемого технологического оборудования в условиях кузнечно-штамповочных, сварочно-заготовительных и т.п. ремонтных производств решение данной задачи, в том числе, с применением ЭВМ, затруднены значительным количеством трудно решаемых и пока не решенных проблем (в частности, надежность и стоимость при применении ЭВМ).
Проведем поиск других путей, позволяющих инженерам-технологам на ремонтных предприятиях, на предприятиях автомобильного, тракторного и сельскохозяйственного машиностроения обеспечить требуемую точность измерения прогиба и ориентации валов и снизить трудоемкость дальнейших исследований.
Использование диаграммы растяжения в законе управления процессом изгиба торсионных валов
Таким образом высокие точностные показатели качества правки (минимальная остаточная кривизна) достигаются в том случае, когда вал изгибать в противоположную первоначальной кривизне сторону за геометрическую ось центров на величину упругой отдачи.
Упругую отдачу оценивают в зависимости от исходной кривизны вала на основе распределения напряжений в ее поперечном сечении при упруго-пластическом изгибе. Решение этой производственно-технологической задачи осложняется смещениями нейтрального слоя вала, вызывающими нарушения симметрии областей (зон) растяжения и сжатия.
Математические и графические зависимости между кривизной и максимальным усилием изгиба для ее устранения, установленные исследованиями [276] для наиболее распространенных профилей сечений, не позволяют получить погрешность при определении основных параметров процесса правки менее 10-15%. Соответственно, в производственных условиях, где технологическая система правильного агрегата подвергается воздействию различных возмущающих факторов, погрешности правки валов будут еще выше.
По мнению отечественных [225, 226, 227, 268, 276, 277] и зарубежных [252, 254, 324] ученых большинство схем расчета находится в удовлетворительном соответствии с экспериментальными данными лишь при малых пластических деформациях.
Поэтому в основу работы систем управления правильными агрегатами закладывают диаграммы деформирования.
Диаграмма деформирования (диаграмма «напряжение-деформация») является характеристикой материала каждой конкретной детали и устанавливается экспериментально. Для этого обычно испытывают материал на одноосное растяжение.
В параграфе 4.1.3 была доказана целесообразность в основу алгоритма автоматического управления процессом правки торсионных валов положить диаграмму напряжений, так как каждая операция правки определяется многими и различными переменными.
Наряду с решением этой задачи путем разработки специального элемента (блока) для воспроизведения диаграммы «напряжение-деформация» (снятие которой не представляет затруднений) в процессе пластического изгиба каждого исправляемого вала ставим дополнительную задачу: провести исследования процесса правки торсионных валов в действующем производстве, т.е. на прессах с ручным управлением мод. ПА-413, и разработать технологические приемы правки облегчающие монотонный труд, снижающие физические нагрузки на рабочих, т.е. предложить технологам определенные шаги в направлении «гуманизации» труда рабочих-правильщиков.
Наряду с этим следует провести исследования в следующем направлении. Ранее было показано, что точностные показатели качества правки деталей типа тел вращения зависят от точности компенсации упругой отдачи каждой конкретной детали непосредственно в процессе ее правки. Точность компенсации упругой отдачи деталей в свою очередь определяется точностью определения момента начала текучести материала детали. Традиционные (известные) способы определения текучести материала детали, основанные на анализе сохранения постоянства соотношения усилий правки и величин деформаций (а.с. 978424), имеют ряд недостатков, которые обусловлены их низкой информативностью при правке деталей из высокоуглеродистых сталей (т.к. у последних отсутствует площадка текучести), малой разрешающей способностью из-за низкой помехоустойчивости, сложностью использования в производственных условиях. Поэтому разработка новых методов технологического определения момента начала текучести материала исправляемой детали представляет собой актуальную научно-практическую задачу в современной технологии машиностроения и ремонтно-восстановительном производстве. Проведенные исследования [159, 162, 178, 181, 209] показали, что решение поставленной задачи возможно только путем комплексного изучения взаимообусловленной совокупности энергетических превращений, которые имеют место в зоне правки, т.е. которые происходят в теле (исправляемого нагружением сосредоточенной нагрузкой изделия). Отличительная черта этих превращений заключается в их ярко выраженной неравномерности - причине возникновения динамических эффектов (правки) нагружения изделия сосредоточенной нагрузкой на двух опорах различной физической природы [282]. Анализ энергетических параметров данных эффектов, их целенаправленное изменение и оптимизация составляют предмет исследования в технологии исправления кривизны деталей правкой. Наиболее энергетическим волновым процессом (с точки зрения высокой информативности о появлении моментов текучести материала детали и ее разрыве) на операциях деформирования деталей широкой номенклатуры как в плане размеров, так и физико-механических свойств, является акусто-эмиссионный метод получения информации о процессе энергетических превращений в деформируемом теле. При деформировании деталей (изгибом или растяжением) проявляется эффект акустической эмиссии (АЭ) в виде излучений звуковых и ультразвуковых волн напряжений материалами, в которых происходит локальная динамическая перестройка внутренней структуры с выделением упругой энергии [82, 86, 87, 88, 111, 176, 278, 310, 319, 321, 331]. При исследовании АЭ обычно регистрируют (с помощью пьезодатчиков) следующие параметры: текущее число излучаемых волн (сигналов) (суммарная эмиссия дг); количество их в единицу времени (интенсивность дг); энергию; форму волны; амплитуду и амплитудное распределение сигналов; мощность; частоту и энергетический спектр АЭ. АЭ разделяется на два типа: - непрерывная низкоамплитудная высокочастотная форма; - дискретные высокоамплитудные кратковременные импульсы или взрывы. Минимальная энергия импульса непрерывной АЭ равна (1...10)-10-19 Дж, а взрывы имеют энергетический уровень на 10... 14 порядков больше [86]. При этом низкочастотные взрывы затухают за 10-60 мкс, высокочастотные импульсы имеют длительность менее 10 мкс. Установлено [82, 86, 87, 88], что параметры АЭ хорошо коррелируют с кинетическими кривыми напряженно деформируемого материала [87], а также с результатами рентгеновских и металлографических исследований [86]. С учетом данного утверждения ставим задачу рассмотреть различные возможные подходы к анализу сигналов акустической эмиссии с целью идентификации механизмов упруго-пластического изгиба и разрушения материалов деталей типа «тел вращения» при поперечном изгибе сосредоточенной нагрузкой на двух опорах.
