Диссертация (Расчетно-экспериментальные методы исследования технологических напряжений и деформаций в неразъемных трубных соединениях энергоустановок), страница 7

Однако здесь и в работе [138]рассмотренылишьобщиевопросыпроцесса.Детальногоизучениямеханизма деформации, взаимодействия трубы со стенкой отверстия,колебаний удельной мощности в контактирующих деталях, динамическихявлений при вальцевании и т.д.

не производилось.36Автором [137] анализировался ряд вопросов изготовления отверстийдля узлов крепления теплообменных труб, в том числе, динамики глубокогосверления с помощью ружейного сверла. Для разработки математическоймодели этой операции [47], выполненной совместно с диссертантом, былприменен математический прием, использованный в 1987 г. авторомнастоящего исследования для изучения динамики забойных устройств(долота, гидромашин) [75], а также других устройств [48]. Однако в [137] неприведенодостаточныхдоказательствобоснованностииспользованияпредложенного приема и не рассмотрены колебаниия напряжений в стебле.Знание же этого параметра, как показали последующие исследования, даютвозможность, используя критерий Одинга [113], [114], оценивать ресурсдеталей,подвергающихсяпеременнымвоздействиям,вчастности,применительно к веретену и роликам вальцовки.Решение проблемы качественного роликового закрепления связано срешением ряда других задач: экспериментальные исследования процессароликового вальцевания; определение силовых взаимодействий в роликовойвальцовке; расчет напряжений в развальцовываемой трубе, учитывающийвоздействие роликов на трубу; влияние расположения зоны вальцевания наресурс трубы; влияние колебаний развиваемого момента на движениепривода и на качество закрепления; расчет ресурса инструмента и т.д.Изучениепроцессароликовоговальцеваниянеможетбытькачественным без экспериментального определения изменения различныхпараметров.

В мировой практике не упоминалось о стенде, где фиксируютсяпрактическивсединамическиизменяющиесяпараметрыпроцессавальцевания. По техническому заданию, разработанному диссертантом, ипри его активном участии в НПО «ЦНИИТМАШ» был спроектирован иизготовлен такой стенд[139]. На нем впервые получены уникальныерезультаты по динамике процесса роликового вальцевания [45- 48]. Несмотряна многолетний опыт использования в имеющейся литературе не былоопубликовано работ, где бы подробно рассматривались силы, действующие37прироликовоминтересовалисьвальцевании.стойкостьюПриэтомпродаваемогоизготовителиинструмента,нерегулярноучитываянагрузок.

В этой связи в статье [140], написанной при участии авторавпервые были получены полные уравнения, описывающие силовые иэнергетические взаимодействия при роликовом вальцевании.Анализ процессов при роликовом вальцевании труб невозможен безучета особенностей взаимодействия ролика с трубой. По контактномувзаимодействию имеется множество работ, например, [27], [43], [79], [83],[162] и др.

Однако в этих публикациях не рассматривались уникальныеособенности контактного взаимодействия конического ролика с мягкойподатливой трубой с учетом действующих сил, не изучался подробнопрофилегибочныйпроцесс.Поэтомудиссертантомбылразработанприближенный метод расчета изменений напряжений в трубе и еедеформаций, учитывающий силовые взаимодействия во время вальцевания, сиспользованием ПЭВМ [55, 56], имея в виду, что принеобходимостиполученные результаты могут стать опорой точного численного методаисследований – метода конечных элементов (МКЭ). Следует отметить, чтоиспользование МКЭ тогда оправдано, когда есть приближенные оценкирассматриваемого процесса [4], поскольку ввод недостоверных данных илимашинные дефекты могут привести к ошибочным выводам.Кроме того, в имеющихся публикациях вообще не рассматриваласьдинамикароликовоговальцевания,арекомендованный[111]динамометрический ключ для измерения крутящего момента вальцовочноймашины применяется в режиме останова с использованием контрольныхтруб.

На такой способ оказывают влияние и свойства контрольныхвальцуемых труб и трение в состоянии покоя. В связи с этим автором былразработан новый способ динамического измерения крутящего моментавальцовочной машины [59, 61], при котором на показания не влияют трениепокоя и свойства труб.38В книге [135] полагали, что в процессе роликового вальцеванияпроисходит упругопластическая деформация слоев охватывающего трубутела. Диссертантом показано [54], что в действительности здесь имеет местотолько упругая деформация. Поэтому все выводы авторов [111, 135],касающиеся остаточных напряжений, нуждаются в корректировке.Операция подвальцовки перед приваркой концов труб очень важна дляполучения качественного узла крепления.

Однако сведений о ней в открытыхпубликациях не удалось обнаружить. В связи этим автор выполнил анализпроцессов, сопровождающих подвальцовку [55], и в составе группы авторовпредложилтехническиерешенияпообеспечениюкачественногопредварительного перед обваркой закрепления концов труб [148, 149].Кроме роликовых вальцовок с перекрещивающимися осями роликов иверетена в последние годы используется инструмент, у которого указанныеосипараллельны.Спомощьютакогоинструментаосуществляютзакрепление концов труб в установках «МА-2500» (фирма «Maus», Италия),«Vernon» (США).

С участием диссертанта подана заявка на устройство,способное выполнять подобные действия [146]. В связи с тем, что, какследует из открытых публикаций, критерием вальцевания у западныхспециалистов принята диаметральная раздача труб, то вопросами силовыхвзаимодействий между рабочими органами вальцовок и деталями узлакрепления там не занимались. Особенность применения такого инструментазаключается в том, в процессе вальцевания практически отсутствует осеваядеформация трубы, что благоприятно сказывается на ресурсе узла крепления.В этих установках вращение веретена осуществляется одним приводом, аосевое перемещение- другим. В западной Европе часто закрепление труб в«толстых» трубных досках выполняют только с помощью установок МА2500.Качество изготовления узлов крепления и сам процесс закрепления спомощью профилегибочных операций в диссертации сравниваются сподобными характеристиками процесса гидрораздачи.

В связи с чем в работе39был выполнен анализ публикаций и проведены некоторые исследованияэтой операции.Основы теории гидрораздачи изложены в работе [85]. Авторамиполучен ряд формул и графиков, дающих возможность выбрать необходимыережимы гидрораздачи. Однако в принципе их выбор определяется попластической деформации перемычки сетки отверстий. Следует отметить,что сейчас в РФ нет нормативного документа, регламентирующего даннуюоперацию.В работе [85] параметры сцепления трубы и решетки оцениваютсяисходя из предела текучести трубы и решетки. В реальных условияхнапряжения в решетке и тем более в трубе выходят за пределы зонытекучести.

Поэтому здесь необходимо учитывать реальную диаграммунапряжений используемых материалов. Но тогда предлагаемое условиесцепления должно иметь другую форму. Авторы [85] не учли и другиеособенности,сопровождающиепроцессгидрораздачи.Приконтактеконцентрических поверхностей их взаимодействие носит один характер.Однако на практике обработанная поверхность отверстия может иметьовальность или местные отклонения от концентричности. В этом случаевзаимодействияконтактирущихповерхностейимеютсовсемдругойхарактер. Кроме того, геометрические и механические свойства трубы навсей длине узла крепления разные.

Вследствие этого пластическаядеформация трубы и в радиальном и в осевом направлениях будет разной инеравномерной. Именно эти обстоятельства привели к необходимостииспользования вместе с гидрораздачей и роликового вальцевания.Численное моделирование процесса гидрораздачи выполнено в работе[25]. Здесь показано, что для труб ∅16х1,5 овальность отверстия до 0,2 ммне влияет на качество прилегания трубы. Однако, как следует из опыта,гидрораздача практически не обеспечивает требуемую герметичность ипрочность соединения.

Причина такого расхождения заключается в наличиина поверхности отверстия других отклонений от концентрической формы, а40также в неравномерности свойств трубы и ее напряженного состояния.Кроме того, здесь из расчетов следует, что осевая деформация трубы можетсоставлять до 9 мм.

Такого никогда на практике не наблюдалось.ДиссертантомчисленныесовместноисследованиясТереховымпроцессаВ.М.гидрораздачибыливыполненыпосредством[141],динамического моделирования. Здесь получены результаты весьма близкие кпрактическим наблюдениям.Изучению напряженного состояния деталей, в которых закрепляютсягладкие концы труб уделяют серьезное внимание. Однако, если в работе[159] рассматривалась задача прогиба плоской доски, обусловленнаявозникающими силами в процессе закрепления труб, направленнымиперпендикулярно к плоскости доски, то в диссертации Терехова В.М.[137]описаны расчеты с применением метода конечных элементов и приведенынекоторыеэкспериментальныеданныепонапряженномусостояниюколлектора парогенератора ПГВ-1000. Там показано, что после закреплениятруб взрывом или с помощью гидрораздачи деформации коллектора впервом случае оказываются существенно выше.

Кроме того, по результатаманализаэкспериментальныхтехнологическихоперацийданныхвотмечено,коллекторечторазвиваютсяпослевсехзначительныеостаточные напряжения, негативно влияющие на ресурс этой детали. В этойсвязи любое снижение напряжений после технологических операций имеетважное значение для ресурса ответственного аппарата.Напряженно-деформированное состояние коллектора парогенератораВВЭР-1000 изучал Даничев В.В.[24]. Им применялся метод расчета сиспользованием суперэлементов (МСЭ). Как следует из автореферата,вопросами изменения напряженного состояния коллектора от использованиягидрораздачи и роликового вальцевании автор не занимался.

Исследоваласьвзрывная технология. Отмечено, что расчеты с помощью МКЭ не позволяютохватить весь комплекс взаимодействий, имеющих место в коллекторе.41Применениеобработкучисленныхметалловметодовдавлением(МКЭ,чрезвычайноМСЭ),описывающихважно,однакоегоиспользование при расчете точных значений компонентов напряжений идеформаций только тогда оправдано, если результаты таких исследованийсходятся с аналитическими оценками или с результатами более простыхрасчетов [4].