Разработка методики расчета долговечности элементов приводов прокатных станов, страница 2

На стадиипроектированияпрокатногостаназакладываетсяегодолговечность,зависящая от конструкции, применяемых материалов, методов защиты отразличных вредных воздействий, системы смазки, приспособленности ктехническому обслуживанию и ремонту.

При изготовлении прокатного станаобеспечивается его долговечность, зависящая от качества изготовленныхдеталей, методов и качества сборки. При эксплуатации прокатного станареализуется его долговечность, зависящая от режимов работы и условийэксплуатации, от организации технического обслуживания и ремонтов.Крометого,высокаяаварийностьчастовызвананесовершенствомсуществующих методов расчета долговечности деталей прокатных станов,что подчеркивает актуальность диссертационной работы.81.1. Недостатки методов расчета усталостной долговечностиВыработка ресурса деталью прокатного стана проявляется главнымобразом в накоплении необратимых повреждений, которые могут быть какмеханическогоизнашивание,(усталость,растрескивание,накоплениепластических деформаций), так и физико-химического происхождения(коррозия, эрозия, адсорбция).

Многие виды повреждений носят смешанныйхарактер.Несмотря на многообразие перечисленных явлений, их можноописать в рамках единой феноменологической теории, связывающейскорость накопления повреждений с действующими нагрузками в условияхокружающей среды. Назначение моделей этой теории — указать методырасчета, обладающие максимальной простотой и использующие в качествеисходной информации минимальное число опытных данных.

Из всех видовповреждений усталостное разрушение вызывает более 80% [11] всехвнезапных поломок деталей, поэтому задача предотвращения усталостногоразрушения актуальна для привода клети прокатного стана.Большинство прокатных станов изготавливается по индивидуальнымпроектам, что препятствует накоплению статистической информации одолговечностиихдеталей.Припроектированиипрокатногостанаинформацию о долговечности его деталей можно получить только расчетнымпутем.Разработка точных методов аналитической оценки усталостнойдолговечности деталей привода клети даст большой экономический эффект,посколькубудетболеерациональноиспользоватьсяпотенциальнаядолговечность прокатного стана за счет правильного построения системыремонта и эксплуатации.Во время прокатки в приводе клети прокатного стана возникаютпреимущественнокрутильныеколебания,деталиприводаклетиподвергаются циклическому нагружению, что может привести к развитиюусталостных трещин.9Первые разработки по усталостной прочности материалов связаны сименем А.Веллера (середина ХIХ века), который построил первую машинудля усталостных испытаний.

Задача о долговечности деталей (по усталости)была поставлена в 1924 году Пальмгреном, который предложил гипотезу олинейном суммировании усталостных поврежденийдля ее решения.Гипотеза была основана на предположении, что повреждение, вызванноециклом напряжений, не зависит от состояния элемента (детали) в данныймомент и от последовательности приложения амплитуд напряжений (историинагружения)ипростосуммируетсясповреждениями,вызваннымипредыдущими циклами. Недостаток линейной гипотезы — значительноерасхождение между теоретическими и экспериментальными значениямидолговечности.КогаевВ.П.[12]уточниллинейнуюгипотезу,предложивкорректированное правило суммирования повреждений. Формула Когаева —Серенсена для ресурса детали, выраженного числом блоков нагружения λ допоявления первой макроскопической трещины длинной более 0,5 мм, имеетвид:λ=α p ⋅ τ -m1д ⋅ N 0∑ τ αmi ν iб(1.1)(τα i ≥ τ-1д )Первый недостаток метода расчета долговечности с использованиемформулы Когаева — Серенсена заключается в том, что величинакорректирующего коэффициента αр может изменяться в очень широкихпределах, поэтому были высказаны сомнения в справедливости линейнойгипотезы [13].Как показывает опыт ресурсных испытаний [14], припеременном (блочном) и нерегулярном нагружении ресурс деталей машин вомногом зависит от истории нагружения и может различаться в 1,6…8,6 разапри изменении последовательности (перемешивании) элементов блока или10амплитуд напряжений.

Это не отражается в расчетных зависимостях ресурсапо линейному правилу, которое не учитывает историю нагружения.Применение нелинейных моделейвызывает затруднение, связанное соценкой влияния истории нагружения на процесс накопления усталостныхповреждений.Вызывает интерес работа [15], где Когаев В.П. предлагаетиспользоватьдлярасчетадолговечностикривуюусталости,экстраполированную в область больших чисел циклов, и доказываетправильность такого подхода.Второй недостаток метода расчета по формуле (1.1) состоит в том, чтоне удается получить аналитическое выражение для функции распределениядолговечности при различных законах распределения величин, входящих вэту формулу.Поэтому Вафин Р.К.

в работе [11] рассматривает пределвыносливости и параметры блока нагружения, как случайные величины, ипредлагает использовать для расчета средней долговечности и построениякривойраспределениядолговечностиметодМонте-Карло.Значенияслучайной величины, например предела выносливости, получаются путемпреобразования другой случайной величины, равномерно распределенной винтервале [0,1], для чего в современных ЭВМ имеются генераторыслучайных чисел [16].Вафин Р.К. Найденов С.О.

и Покровский А.М. разработали метод,дающий возможность перейти от условий движения транспортной машины кусловиям нагружения элементов ее трансмиссии [17, 18].Построеныспектры нагружения, проведен расчет долговечности и живучести элементовтрансмиссии.Отмечено, что при решении задачи прогнозированиядолговечности и живучести неизвестными являются спектр нагружения внаиболее нагруженных узлах конструкции, степень влияния масштабного идругих факторов, снижающих сопротивление усталости.При движениитранспортной машины параметры, характеризующие внешние условия,изменяются, их изменение носит случайный характер.

Построение функций11распределения долговечности валов, зубьев шестерен и дисков фрикционныхэлементовпроведеносуммированияпоповрежденийкорректированнойсгипотезеиспользованиемметодалинейногоМонте-Карло.Результаты расчета показали, что с точностью до 1% порядок заданияступеней блока нагружения не влияет на конечный результат. Сравнениерезультатов расчета долговечности и живучести с экспериментальнымиданными показало их достаточно удовлетворительную сходимость.В диссертации решены схожие задачи расчета долговечности деталейприводов клетей прокатных станов, построены функции распределениядолговечности для предохранительного шпинделя автоматстана 220 ПНТЗ,карданного шпинделя трехвалкового стана ЭЗТМ-80, рабочего валка клети400 сортового стана, а также универсального шпинделя стана ДУО-140.Зябликов В.М., Ряховский О.А. и Смирнов В.Ф.

разработалирекомендации, помогающие, применительно к прокатным станам, подобратьмуфты при проектировании или при реконструкции приводов клетей.Выполнение этих рекомендаций приведет к увеличению долговечностипрокатных станов.При этом учитываются упруго-инерционные свойстваприводов клетей при крутильных колебаниях, возникающих после ударногоприложения нагрузки в момент захвата заготовки рабочими валками [19, 20].Альтернативным вариантом по отношению к методике расчетаусталостной долговечности по формуле (1.1), является методика расчетадолговечностипоформуле(1.2).ЭтаметодикаразработанавоВНИИМЕТМАШ им. академика А.И. Целикова [21] и предусматриваетопределение эквивалентной (приведенной) нагрузки детали.Спектрнагрузок, определяющий условия нагружения детали, оценивается спомощьюприведеннойрасчетнойнагрузки,которуюиспользовать для расчета напряженности детали.рекомендуетсяРазличают расчет наограниченный срок службы (при расчетном числе циклов за срок службы12детали nобщ < N0) и на неограниченный срок службы (при nобщ > N0).Согласно методике, коэффициент долговечности определяется по формулеkд=m⎛ Q∑ ⎜⎜ Q i⎝ max⎞⎟⎟⎠mn i m ⎛ Qi= ∑ ⎜⎜N0⎝ Q max⎞⎟⎟⎠mnin общmn общN0= kQk т ,(1.2)где kQ — коэффициент изменяемости нагружения; kт — коэффициент срокаслужбы; Qmax — максимальная нагрузка; Qi — нагрузка при режиме i; ni —число циклов при i-той нагрузке; m и N0 — параметры кривой усталости.Эквивалентная нагрузка Q экв = k Q k т k ′тр Q max , где k ′тр = 1mα — коэффициенттренировки материала, а — корректирующий коэффициент.Существуют методы оценки долговечности детали, использущиеинформацию с датчиков деформации интегрального типа (ДДИТ) и критерийпрочности и базирующиеся на знании основных характеристик усталостиматериала.