RUS | UKR | ENG || ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ
Магистр ДонНТУ Чумаченко Виталий Сергеевич

Чумаченко Виталий Сергеевич

Электротехнический факультет
Специальность: Электромеханическое оборудование энергоемких производств

Тема выпускной работы:

Разработка схемы и обоснование рациональных параметров устройства для электромеханического упрочнения деталей гидроцилиндров горных машин

Научный руководитель: Скляров Николай Андреевич


Материалы по теме выпускной работы: Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы


Введение Важную роль в экономике Украины играет топливно-энергетический комплекс. В условиях стабильного роста цен зарубежных энергоносителей, повышение объемов добычи угля является залогом энергетической безопасности страны. Для дальнейшего развития угольной промышленности необходимо внедрение технически нового оборудования, отличающегося высокой степенью надежности и безопасности. В выемочных комплексах (комбайн, конвейер, крепь), применяется большое количество силовых гидроцилиндров (гидростойки, гидродомкраты и др.) работающих на водомасляной эмульсии. Рабочая жидкость содержит до 0,212 % загрязняющих примесей, включающих пиритные и кварцевые частицы с микротвердостью в 3 раза большей микротвердости материала цилиндров, что приводит к интенсивному коррозийному повреждению последних и к снижению их долговечности. Если не предусмотреть соответствующих мер по обеспечению надежности и долговечности работы угледобывающих машин и оборудования, то экономический эффект от их применения будет значительно снижаться и преимущества комплексной механизации очистных работ не будут использоваться в полной мере. Перед заводами угольного машиностроения и ремонтными предприятиями поставлены задачи по повышению как новых, так и отремонтированных машин. Осуществить эту задачу возможно при создании машин нового технического уровня и при использовании прогрессивных технологий изготовления и ремонта, в том числе эффективных методов упрочнения поверхности деталей. Разработке современных технологий обработки поверхностей деталей, с целью увеличения микротвердости, коррозийной стойкости и снижения шероховатости поверхности, обеспечивающих повышение долговечности деталей и посвящена настоящая работа.


Рисунок 1 – Методы упрочнения деталей (GIF-анимация выполненна в приложении Easy GIF Animator; объем –78,4 кБ; размер – 592 x 906 пкс; количество кадров – 6; задержка между кадрами – 150 мс; задержка между последним и первым кадром – 1000 мс; количество циклов повторений - 7)

Рис. 1 - Методы упрочнения деталей(GIF-анимация выполненна в приложении Easy GIF Animator; объем –78,4 кБ; размер – 592 x 906 пкс; количество кадров – 6; задержка между кадрами – 150 мс; задержка между последним и первым кадром – 1000 мс; количество циклов повторений - 7)

Актуальность темы В настоящее время рассматриваемая тема является довольно интересной и актуальной. Научно-производственной лабораторией электромеханической обработки деталей имени Б. М. Аскинази (Россия) ведется работа по разработке оборудования электромеханического упрочнения для строительных, автотранспортных, сельскохозяйственных предприятий. В частности ее сотрудниками Густовым С. А., Федоровым С. К, Федоровой Л. В. был опубликован ряд статей на тему электромеханического упрочнения деталей сельскохозяйственных машин и различного строительного оборудования [2,3,4,]. Вопросами повышения долговечности гидроцилиндров горных машин занимается ГП “Донгипруглемаш”. К. т. н. В. В. Косарев и д. т. н. Н. Н. Стадник предлагают увеличить чистоту рабочей жидкости за счет введения в насосную станцию фильтрующих установок. Таким образом предлагается исключить попадание загрязняющих примесей на рабочую поверхность гидроцилиндров и предотвратить их гидроабразивный износ [5]. Исследованиями установлено, что основной причиной выхода из строя гидростоек и гидродомкратов передвижки скребковых конвейеров является загрязнение их рабочей жидкости кварцевыми и пиритными частицами с микротвердостью 8-10 кН/мм^2. В то же время микротвердость поверхности цилиндров (сталь 30ХГСА) составляет лишь 2,6 кН/мм^2. Так после упрочнения методом электромеханической обработки гидростойки с упрочненным зеркалом цилиндров не имели абразивного и коррозийного повреждений проработали без отказов 12 месяцев. Учитывая данные результатов испытаний гидростоек метод электромеханической обработки целесообразно применять для упрочнения гидроцилиндров домкратов передвижки скребковых конвейеров. На основании вышеизложенного данная тема является актуальной.

Задачи работы Для решения выше указанной цели поставлены следующие основные задачи:
Провести анализ загрязняющих примесей рабочей жидкости горных и транспортных машин;
определить влияние различных частиц на степень абразивного износа поверхностей;
выполнить анализ существующих методов упрочнения поверхностей деталей;
выбрать и обосновать схему установки для электромеханического упрочнения наружных и внутренних поверхностей гидроцилиндров;
разработать конструкцию токопододящего устройства и раскатной головки;
выбрать оптимальные режимы упрочнения.

Практическая ценность С учетом результатов и рекомендаций выполненных исследований было проведено упрочнение внутренних поверхностей 19 цилиндров мехкрепи на опытной установке (рис. 2).

Рис.2 - Опытная установка для упрочнения внутренних поверхностей цилиндров

Ревизии, проведенные через 6, 9 и 12 месяцев их эксплуатации показали, что зеркало упрочненных цилиндров не имело абразивного и коррозийного повреждений, в то время как зеркало контрольных цилиндров было испещрено рисками глубиной до 0,8 мм и имело очаги коррозии до 20% рабочей площади цилиндров. Гидростойки с упрочненными цилиндрами проработали без отказов больше контрольных серийно выпускаемых гидростоек в среднем на 4000 часов. Учитывая высокие показатели технических параметров гидростоек с упрочненными поверхностями цилиндров, метод электромеханической обработки целесообразно применять для обработки гидроцилиндров домкратов передвижки скребковых конвейеров.

Научная новизна Выбрана и обоснована схема установки для электромеханического упрочнения наружных и внутренних поверхностей гидроцилиндров, разработана конструкция токоподводящего устройства и раскатной головки, проведено упрочнение опытных образцов цилиндров, получены уравнения регрессии и выбраны оптимальные режимы упрочнения, определена коррозийная стойкость обработанной поверхности, что является новым в данной области исследований.

Обзор исследований по теме в Украине и мире

Согласно источнику [1], электромеханическое упрочнение (ЭМУ) основано на соче­тании термического и силового воздействия на поверхностный слой обрабатываемой детали. Сущность этого способа заклю­чается в том, что в процессе обработки через место контакта инструмента с изделием проходит ток большой силы и низкого напряжения, вследствие чего выступающие гребешки поверхно­сти подвергаются сильному нагреву, под давлением инструмен­та деформируются и сглаживаются, а поверхностный слой ме­талла упрочняется.Принципиальная схема электромеханической обработки (ЭМО) на токарном станке показана на рис. 3 От сети напря­жением 220... 380 В ток проходит через понижающий транс­форматор, а затем через место контакта детали с инструмен­том. Сила тока и вторичное напряжение регулируются в зави­симости от площади контакта, исходной шероховатости поверх­ности и требований к качеству поверхностного слоя.

Рис.3 - Принципиальная схема электромеханической обработки детали на то­карном станке [1]

где: 1- рубильник; 2 - реостат; 3 - вторичная обмотка; 4 - патрон; 5 - деталь; 6 - задняя бабка; 7 - инструмент.

Для получения технологического переменного тока используют понижающие трансформаторы с пита­нием от сети напряжением 220/380 В. Мощность трансформато­ра выбирают в зависимости от технологического его назначе­ния; характера обрабатываемых деталей, их размеров, конст­рукции инструмента, серийности производства.

Для ЭМО деталей вращения в условиях мелкосерийного и ремонтного производства может быть использована установка типа УЭМО-1 (рис. 4).

Рис. 4 - Электрическая схема установки УЭМО-1 [1]

где: 1 деталь; 2 - державка

Установка состоит из понижающего трансформатора, токарного станка с электроконтактным уст­ройством к патрону, а также из зажимаемой в суппорте станка пружинной державки. Напряжение от сети 380 В подается через пакетный выключатель на выходные контакты магнитно­го пускателя МП, управляемого переносной кнопочной стан­цией КС, располагаемой на рабочем месте. Катушка К магнит­ного пускателя питается через небольшой понижающий транс­форматор Т2, подающий напряжение 36 В. При включении маг­нитного пускателя напряжение подается на вилку штепсельного переключателя, позволяющего исключить то или иное число витков первичной обмотки трансформатора Т1. Второй конец вторичной обмотки соединен с пружинной державкой 2, укреп­ляемой изолированно в резцедержателе станка; n1-n2-n3-n4-n5 - соответственно числа витков первичной обмотки транс­форматора. Трансформатор обеспечивает напряжение во вторич­ной цепи в 2...6 В при ступенчатом регулировании силы тока. Для изменения силы тока вторичной цепи сделаны отводы в обеих катушках первичной обмотки. При необходимости более плавного регулирования силы тока в первичную цепь вво­дят реостат Вторичная обмотка выполнена из медной шины сечением 640 мм2 и имеет три витка (два витка на одной ка­тушке и один на другой). Трансформаторы, выполненные по этой схеме, нашли широ­кое применение на ремонтных предприятиях для обработки деталей типа тел вращения. Раз­работанная в УСХИ при участии ГОСНИТИ установка УЭМО-2 (рис. 5) отличается от установ­ки УЭМО-1 наличием регулятора напряжения РНО-250-5 и воз­можностью увеличения вторично­го тока до 1800 А.

Рис.5 - Общий вид установки УЭМО-2 [1]

Установка УЭМО-2 представ­ляет собой силовой понижающий трансформатор с аппаратурой регулирования электрических режимов работы, приборами контроля и защиты. Установка собрана в металлическом шкафу и может перемещаться на двух роликах-катках. В нижней части шкафа установлен силовой понижающий трансформатор. Его первичная обмотка имеет отводы, подсоединенные к переключателю 9, установленному на лицевой панели. Ступенчатое увеличение силы тока до 1800 А с коэффициентом увеличения от одной ступени к другой 1,12 обеспечивается переводом переключателя 9 в положения II…VI. Включение и выключение трансформатора производится с помощью кнопок 6 на лицевой панели или с помощью переносyой кнопочной станции 8. В нижней части установки имеется навесная электрическая панель, с внутренней стороны которой смонтированы электроаппаратура управления. Общее включение и выключение осуществляется рычагом 2 автоматического выключателя.

Основные результаты

  • Выбрана и обоснована схема установки для электромеханического упрочнения наружных и внутренних поверхностей гидроцилиндров показанная на рисунке 6
    Рис.6 - Принципиальная схема установки электромеханической обработки цилиндров на токарном станкt

    В качестве источника технологического тока используется однофазный трансформатор, вторичная обмотка которого выполнена из трех витков, представляющие из себя медные шины сечением 600-700 мм^2. В цепи технологического тока установлен амперметр и вольтметр для контроля за режимами упрочнения. Питающая однофазная цепь подключена к трансформатору через регулятор напряжения типа РНО-250, которым регулируют напряжение первичной и вторичной цепи трансформатора и величину его рабочего тока.Технология упрочнения внутренней поверхности гидроцилиндра заключается в следующем: гидроцилиндр 4 с помощью люнета 5 устанавливается соосно патрону 3 и оси задней бабки 7 и закрепляется в патроне 3 передней бабки 1 токарного станка. Так же устанавливается токоподводящее устройство 2.

  • проведено упрочнение опытных образцов цилиндров, получены уравнения регрессии и выбраны оптимальные режимы упрочнения для условий j=0…400 А/мм^2 Ra1=1,75-0,39х1-0,42х2-0,084х3-0,01х4 для условий j=400…900 А/мм^2 Ra2=2,35+х1=0,82х2-0,2х3-0,087х4 Абсолютная величина коэффициентов регрессии в полученных уравнениях показывает влияние каждого фактора на изменение исследуемого параметра. Знак «-» в уравнении регрессии означает, что увеличение по абсолютной величине фактора приводит к уменьшению параметра, а знак «+», соответственно означает обратное. Анализ результатов исследования показал., что изменение подачи S инструмента с 0,08 до 0,032 мм/об мало сказывается на изменении шероховатости и глубины упрочнения. Поэтому в дальнейшем этот фактор исключен из исследования и из условия максимальной производительности принято S=0,32 мм/об.
  • разработана конструкция токоподводящего устройства и раскатной головки

    В соответствии с Рис. 7 в корпусе 1 токоподводящего устройства пружинами 2 поджаты токосъемные щетки 3. Токоподводящее кольцо 4 устанавливается соосно с патроном 5 и обрабатываемой деталью 6. В корпусе 1 установлены ролики 7 и 8, вращающиеся на осях 9 и 10. Токоподводящее кольцо 4 связано с патроном 5, токоподводящими винами 11 и контактными элементами 12, изготовленными из меди и латуни. В корпусе 1 жестко закреплен штырь 14 из диэлектрика, опирающийся на станину 15 токарного станка. К корпусу 1 подключена одна из клемм 13 от источника технологического тока. При вращении патрона 5 вращается жестко связанное с ним кольцо 4 в роликах 7 и 8, а в корпусе благодаря штырю 14, опирающемуся на станину 15 остается неподвижным. Через элементы 13-1-3-4-12-5 осуществляется подвод тока к детали 6.

    Рис. - 7 Принципиальная схема токоподводящего устройства

    Согласно рис. 8 раскатная головка имеет корпус 1, в прямоугольных пазах которого установлены ползуны 2 с возможностью радиального перемещения с помощью гидроцилиндра 3 одностороннего действия. В ползунах 2 установлены ролики 4 с твердосплавными рабочими вставками в меднографитовых токоподводящих подшипниках 5. Корпус 1 изолирован от бортоштанги 6 диэлектрическими прокладками 7,8. Устройство закрывается крышкой 9. Охлаждающая жидкость к поверхности роликов 4 подается по трубе 10. Для выполнения работ по упрочнению поверхностей необходимо установить державку раскатной головки в заднюю бабку станка, подсоединить один из полюсов источника питания к токосъемному устройству, а другой к раскатной головке.

    Рис. 8 - Принципиальная схема раскатной головки

    Затем необходимо установить скорость вращения шпинделя, скорость подачи суппорта и произвести настройку источника технологического тока на заданный режим упрочнения, осуществить прижим роликов, включить привод вращения шпинделя и подачи суппорта, подачу смазочно-охлаждающей жидкости и источник технологического тока.

  • определена коррозийная стойкость обработанной поверхности

    Рис. 9 - Зависимости условной коррозийной стойкости К, параметра шероховатости Ra поверхностной микротвердости Нм образцов из стали 30ХГСА, упрочненной при V=10,5 м/мин и p=500 Н/мм^2 от плотности электрического тока j

    Выводы

    В результате обзора литературных источников установлено, что в известной установке для электромеханического упрочнения детально не разработано токопроводящее устройство, раскатная головка для упрочнения наружных и внутренних поверхностей гидроцилиндров домкратов передвижки скребковых конвейеров. Так же не обоснованы рациональные режимы упрочнения. Разработана раскатная головка, отличающаяся наличием гидроцилиндра одностороннего действия, для прижима роликов. Такая конструкция позволяет производить упрочнение в различных режимах. Разработана конструкция токопроводящего устройства, отличающаяся наличием трех токосъемных щеток и токопроводящего кольца связанного с патроном винтами, имеющими контактные элементы. Такая конструкция обеспечивает необходимую надежность устройства позволяющего регулировать силу тока и скорость обкатки в широком диапазоне значений. Тем самым можно обеспечить необходимую микротвердость и шероховатость поверхности. На основании экспериментальных исследований, по существующей методике получена математическая модель влияния четырех переменных на величину микротвердости и шероховатости поверхности. Установлены рациональные режимы ЭМО: плотность тока j=500...750 А/мм^2, давление прижима роликов р=300-500 Н/мм^2, скорость обкатки V=7…14 м/мин, при которых достигается шероховатость поверхности в пределах Ra=0,6...0,7 мкм наряду с высоким значениям микротвердости Нм=6000...7000 Н/мм^2. По методике, разработанной в ИГД им. А.А. Скочинского были проведены ускоренные испытаний на коррозийную стойкость материалов. Из результатов исследования следует, что рациональным режимом ЭМО, при котором отсутствует коррозия испытанных образцов, является режим с плотностью тока j=600…700 А/мм^2.

    При написании данного реферата магистерская работа не завершена. Окончательный вариант работы можно получить у автора или научного руководителя после декабря 2010 года.

    Литература

    1. Аскинази Б. М. Упрочнение и восстановления деталей электромеханической обработкой – 3-е изд. перераб и доп. – М.: Машиностроение. 1989. – 200с.
    2. Густов Ю.И., Федорова С.С., Федоров С.К. Упрочнение и восстановление деталей строительной техники электромеханической обработкой. – Строитель-ные материалы, оборудование, технологии ХХI века. №9, 2006, с.47-49.
    3. Федоров С.К. Восстановление деталей электромеханической обработкой. – Сельский механизатор. №8, 2006, с. 38.
    4. Федорова Л.В., Федоров С.К. Восстановление силовых редукторов. – Сельский механизатор. №3, 2006, с. 42 –  43.
    5. Косарев В. В., Стадник Н. И., Мизин В. А. Фильтрация рабочей жидкости горнах машин. – Уголь Украины, 2007, №3, с. 25-30.
    6. Комплекс методик лабораторных испытаний рабочих жидкостей для гидросистем для шахтных крепей и гидромуфт. - М.:ИГД им. А. А.Скочинского, 1981.-16с.
    7. Семик П. Е., Скляров Н.А., Панчеха Ю. С. Пути увеличения долговечности стоек крепи 1М88.-Уголь Украины, 1984, №7, с. 24-25
    8. Аскинази Б. М. Упрочнение и восстановления деталей электромеханической обработкой. Л.: Машиностроение. 1977.-183с.
    9. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов/К. Картман, Э. Лецкий, В. Шеффер и др.-М.:Мир, 1977.-552с.
    10. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М. :Наука, 1976.-279с.
    11. http://www.hardens.ru - Научно-производственная лаборатория электромеханической обработки деталей имени Б.М.АСКИНАЗИ
    12. http://www.lib.ua-ru.net/ - Электронная библиотека

    ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ || Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел