Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИМАЛЬНОЙ ФОРМЫ КОЛЬЦЕВЫХ ПРОТОЧЕК НА ТОРЦАХ БАНДАЖЕЙ ПРИ ИХ РЕКОНСТРУКЦИИ

Щетинин Н.А. 1 Шрубченко И.В. 1 Богданов В.С. 1 Мурыгина Л.В. 1 Гончаров М.С. 1
1 ФГОУ «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»
На кафедре технологии машиностроения БГТУ им. В.Г. Шухова разработана технология, предполагающая реконструкцию бандажей типа «П» в тип «В» непосредственно на месте их эксплуатации с использованием мобильных технологий и оборудования. Проведение таких работ позволит существенно снизить затраты по замене бандажей, повысит надежность и ресурс их работы. Предложено на торцевых поверхностях бандажей выполнять специальные фасонные кольцевые проточки и таким образом формировать закрылок для последующего соединения с корпусом печи при помощи сварки. В ходе исследований выбраны оптимальные форма и параметры кольцевых проточек на торцах, обеспечивающие условия равномерного распределения напряжений, возникающих от действия массы печи при эксплуатации и удобство проведения последующих работ по сборке бандажа с обечайками.
бандаж
торцевые поверхности
фасонные кольцевые проточки
закрылок
обечайки
1. Банит Ф.Г., Механическое оборудование цементных заводов. – М. : Машиностроение, 1975. – 317 с.
2. Пелипенко Н.А. Исследование износа венцовой и подвенцовой шестерен, опорных роликов и бандажей, изготовленных Катав-Ивановским литейно-механическим заводом для вращающихся печей. Отчет о НИР заключительный. Белгородский технологический институт строительных материалов. № ГР 76048200. 1976. – 182 с.
3. Шрубченко И.В., Мурыгина Л.В., Щетинин Н.А. Технологический процесс реконструкции бандажей типа «П» в тип «В» // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2014. – № 1. – С. 73–77.
4. Биргер И.А., Расчет на прочность деталей машин. Справочник. 3-е изд.: Машиностроение, 1979. – 702 с.
5. Хартман К., Лецки Э., Шефер В., Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. – Мир, 1977. – 522 с.
6. Егоров М.Е., Технология машиностроения. – Высшая школа, 1975. – 534 с.
7. Елизаветин М.А., Технологические способы повышения долговечности машин. – Машиностроение, 1969. – 398 с.
8. Калашников А.Т., Специальный станок для проточки опорных роликов вращающихся печей / Совершенствование оборудования предприятий по производству строительных материалов: сб. материалов конф. МИСИ им. В.В. Куйбышева. – БТИСМ, 1985. – С. 89–92.
9. CLIMAX. Мобильные станки для механической обработки [Электронный документ]. URL.: http://clm-nt.ru/files/Climax_Produkt_12p_RU.pdf. (дата обращения 17.09.2014).
10. Корсаков В.С. Основы конструирования приспособлений. – Машиностроение, 1983. – 276 с.

Бандажи вращающихся цементных печей плавающего типа(«П») в настоящее время заменяют на более надежные – вварного типа(«В»). Однако выпускаемые промышленностью бандажи типа «В» менее технологичны в изготовлении, имеют более сложную конструкцию, поэтому оказываются на порядок дороже по сравнению с бандажами типа «П» [1, 2]. На кафедре технологии машиностроения БГТУ им. В.Г. Шухова разработана технология, предполагающая реконструкцию бандажей типа «П» в тип «В» непосредственно на месте их эксплуатации с использованием мобильных технологий [3–7] и оборудования [8–11]. Проведение таких работ позволит существенно снизить затраты по замене бандажей, повысит надежность и ресурс их работы. Предложено на торцевых поверхностях бандажей выполнять специальные фасонные кольцевые проточки и таким образом формировать закрылок для последующего соединения с корпусом печи при помощи сварки . Такие фасонные канавки должны, с одной стороны, обеспечивать условия равномерного распределения напряжений, возникающих от действия массы печи при эксплуатации и, с другой стороны, обеспечивать удобство проведения последующих работ по сборке бандажа с обечайками. С целью поисковых исследований по предварительному выбору формы и расположения канавок было рассмотрено 4 варианта их изготовления (рис. 1). Моделирование напряженно-деформированного состояния конструкции бандажа проводилось в CAD/CAE – системе Solid Works с встроенным пакетом конечно-элементарного анализа Solid Works Simulation. Исходная модель включает в себя бандаж и два элемента корпуса печи, соединенные сваркой (рис. 2). В качестве кинематических граничных условий назначалась фиксированная геометрия на торцах корпуса печи. В качестве статических граничных условий назначены действие сил на гранях и в зонах контакта бандажа с опорными роликами, имитирующие действие силы тяжести вращающейся печи. Размер таких граней может быть вычислен по формулам [15]:

schet01.wmf, schet02.wmf,

где a – половина ширины грани, мм; S = 2000*a – площадь грани, мм2; F = 280000 H – действующая на грань сила (ее значение определяем, исходя из массы бандажа: m = 56000 кг); R1 = 3050 мм – радиус бандажа; R2 = 1700 мм – радиус ролика; E = 206000 Н/мм2 – модуль упругости материала Сталь 35. При расчете по вышеуказанной формуле получим a = 1,2 мм.

schetin1.tif schetin2.tif

                   а)                                         б)

schetin3.tif schetin4.tif

                 в)                                   г)

Рис. 1. Варианты формы канавки, задаваемые при поисковых исследованиях

schetin5.tif

Рис. 2. Исходная модель бандажа с приложенными граничными условиями

Для упрощения условий решения задачи исследование проводилось в радиальном сечении и дополнительно назначалась фиксированная геометрия на гранях в направлении, перпендикулярном секущей плоскости. Результаты моделирования представлены на рис. 3, где показано напряженно-деформированное состояние бандажа, в зоне соединения с обечайками, и распределение возникающих напряжений для различных вариантов форм канавки, с приведенными численными значениями напряжений в некоторых узлах бандажа.

schetin6.tif schetin7.tif

                  а)                                       б)

schetin8.tif schetin9.tif

                 в)                                         г)

Рис. 3. Числовые значения напряжений в отдельных узлах модели и их распределение

Для вариантов канавок а, б, в – величина напряжений в месте их концентрации составляет 30–33 МПа. Для варианта г – величина напряжений составляет 28–30 МПа. Таким образом, выполнение верхней и нижней граней канавки наклонными способствует уменьшению величины напряжений и более равномерному их распределению. Следовательно, такая форма канавки может быть выбрана в качестве исходной, для последующей оптимизации. Для определения оптимальных параметров кольцевой проточки была проведена оптимизация с использованием последовательного симплексного метода (рис. 4).

schetin10.tif

Рис. 4. Движение симплекса при оптимизации формы кольцевых фасонных проточек

 

В качестве варьируемых факторов были выбраны: глубина расположения радиуса кольцевой проточки schet03.wmf и величина угла наклона внутренней грани закрылка – schet04.wmf. В качестве целевой функции (функции отклика) была выбрана Jn – величина напряжения, возникающая в зоне перехода закрылка в основное тело бандажа. Учитывалась также и неравномерность распределения напряжений, возникающих по длине поверхности закрылка. Вычисление координат новых точек симплексов при их движении определялось по следующим зависимостям [16]:

schet05.wmf,

schet06.wmf,

где k – число варьируемых факторов; schet08.wmf, schet09.wmf – координаты наихудшей точки симплекса соответственно в кодированном и натуральном видах.

Значения исходного симплекса, а также значения варьируемых параметров в кодированном и натуральном видах, а также значения целевой функции, полученные при моделировании, представлены в табл. 1.

Значения варьируемых факторов и целевой функции

№ симплекса

Точки

симплекса

x1

x2

schet12.wmf, мм

schet13.wmf, град

Jn, мПа

1

z1

z2

z3

0

+2

+1

0

0

+1,73

0

20

10

0

0

1,73

32,9

32,5

31,2

2

z2, z3, z4

+3

+1,73

30

1,73

30,9

3

z3, z4, z5

+2

+3,46

20

3,46

30,8

4

z4, z5, z6

+4

+3,46

40

3,46

30,1

5

z4, z6, z7

+5

+1,73

50

1,73

30,3

6

z6, z7, z8

+6

+3,46

60

3,46

30,2

7

z6, z8, z9

+5

+5,19

50

5,19

29,9

 

Анализ данных показывает, что оптимальными значениями варьируемых параметров являются значения, соответствующие точке симплекса z9 , т.е. глубине расположения радиуса кольцевой проточки. Она должна составлять не более 50 мм, а угол наклона внутренней грани закрылка должен составлять примерно 5,2 °. Процесс оптимизации осуществлялся для бандажа ∅6100 мм и полученные оптимальные значения целесообразно задать в пропорции от геометрических параметров самого бандажа (рис. 5).

schetin11.tif

Рис. 5. Оптимальная форма фасонной кольцевой проточки на торцевой поверхности бандажа, где L – длина бандажа; S – толщина бандажа

Для последующей сборки бандаж 1 вращающейся печи и элементы кольцевых обечаек 2, устанавливают на специальный стенд (рис. 6), осуществляют выверку их взаимного расположения и последующую сварку. Собранный таким образом бандаж в дальнейшем устанавливают на опору печи и сваривают с корпусом печи. Таким образом, бандаж плавающего типа без какой-либо транспортировки на специализированные машиностроительные предприятия реконструирован во вварной тип, что при минимальных затратах позволяет существенно повысить его качество.

schetin12.tif

Рис. 6. Бандаж с кольцевыми обечайками на специальном стенде для их сварки

Рецензенты:

Шарапов Р.Р., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Подъемно-транспортные и дорожные машины», БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород;

Пастухов А.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой общетехнических дисциплин, ФГБОУ ВПО Белгородской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Я. Горина, пос. Майский.

Работа поступила в редакцию 05.12.2014.


Библиографическая ссылка

Щетинин Н.А., Шрубченко И.В., Богданов В.С., Мурыгина Л.В., Гончаров М.С. К ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИМАЛЬНОЙ ФОРМЫ КОЛЬЦЕВЫХ ПРОТОЧЕК НА ТОРЦАХ БАНДАЖЕЙ ПРИ ИХ РЕКОНСТРУКЦИИ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12-1. – С. 85-89;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36074 (дата обращения: 23.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074