Обеспечение работоспособности и ресурсосбережения при восстановлении и упрочнении сложнопрофильных шлицевых деталей накаткой (на примере шлицевых деталей автотракторных карданных передач) (04.05.2010)

Автор: Годунов Николай Борисович

Рисунок 16 – Изношенная и восстановленная втулка карданных передач

В третьем разделе «Математическое моделирование ресурсосберегающего эффекта при разработке восстановительных технологий» определялась оптимальная с позиции ресурсосбережения технология в условиях ограниченности запасов тех или иных ресурсов на ремонтном предприятии.

Для выбора ресурсосберегающей технологии восстановлении упрочнения деталей сельскохозяйственной техники построена экономическая математическая модель (рисунок 18).

Рисунок 17 – Схема модели выбора ресурсосберегающей технологии

восстановления и упрочнения деталей

За критерий оптимизации рассматриваемой задачи принимался минимум затрат ресурсов в расчете на комплексный коэффициент восстановления эксплуатационной способности детали. То есть необходимо найти максимум интенсивности технологий восстановления Xi при которых достигается минимум целевой функции С(Х):

– прочие удельные затраты по i–ой технологии с единичной интенсивностью.

При решении поставленной задачи вводятся следующие ограничения:

по условию выполнения программы восстановления деталей

Ресурсы на восстановление всегда ограничены, и конъюнктура рынка трудовых, материальных, энергетических, финансовых и прочих ресурсов накладывает свои ограничения на выбор технологии восстановления деталей:

по условию использования трудовых ресурсов

по условию использования материальных ресурсов

по условию использования энергетических ресурсов

по условию использования финансовых ресурсов

по условию использования прочих производственных ресурсов

по условию использования на неотрицательность переменных

) представляют собой строго формализованную математическую модель выбора ресурсосберегающей технологии восстановления деталей, учитывающую технический и экономический аспекты ресурсосбережения.

Ресурсосберегающий эффект при восстановлении и упрочнении деталей пластическим деформированием проиллюстрирован на рисунке 18 и в таблице 1. Эффективность восстановления деталей по этой технологии обосновывается путем сопоставления трех возможных вариантов. По первому варианту детали изготавливаются на механическом заводе из переплавленного на металлургическом предприятии изношенного ремонтного фонда и затем через службу сбыта поставляются потребителю. Переработка вторичного сырья на металлургическом предприятии сопровождается вредными выбросами в атмосферу. По второму варианту осуществляется восстановление деталей пластическим деформированием непосредственно на участке ремонтного предприятия. Наиболее дорогостоящий, третий вариант, связан с добычей металла вновь.

Рисунок 19 – Ресурсосбережение за счет восстановления и упрочнения деталей

Таблица 1 – Ресурсосберегающие показатели применяемых технологий в сфере ремонта сельхозтехники

Наименование применяемой технологии Технико-технологическая характеристика Показатели ресурсоемкости Коэф. экологической

безопасности (qi)

Ресурсный коэффициент (?i1/?н1) Коэф. качества (?i3/?н3) Комплексный коэф. (gi) Трудоемкость, чел.ч (Тi) Металлоемкость, кг (Мi) Энергоемкость, кВт/ч (Еi) Капиталоемкость, руб. (Кi) Производительность, шт/см (Тi)

1. Литье 0,89 0,84 0,75 0,25 2,99 30,41 39,0 50 0,33

2. Обработка резанием 1,00 0,96 0,96 0,92 3,55 11,62 42,71 17 1

3. Штамповка 1,35 1,11 1,49 0,28 2,70 9,81 43,53 100 1

4. Восстановление пластическим деформированием 1,33 1,08 1,43 0,18 0 7,20 37,33 160 1

5. Восстановление наплавкой 0,90 0,87 0,78 0,31 0,40 5,57 20,52 25 0,85

В четвертом разделе «Исследование технологического процесса восстановления шлицевых деталей карданных передач накаткой» представлены результаты теоретического и экспериментального исследования разработанных технологий.

Теоретическое моделирование основывалось на следующих технических вводных.

Нагретая до температуры пластической деформации То деталь 1 перемещают под действием усилия Р с постоянной скоростью V между вращающимися с частотой N накатными роликами 2 и профилирующими шлицевые впадины роликами 3. При этом происходит перераспределение металла с наружной на внутреннюю поверхность детали 1 за счет установленной величины перемещаемого для устранения износа и создания припуска для механической обработки металла h (рисунок 19).

Рисунок 19 – Схема деформации внешней поверхности и втулки карданной передачи накаткой:

1 – восстанавливаемая деталь; 2 – деформирующие ролики; 3 –профилирующие ролики

В качестве основных факторов эксперимента были приняты частота вращения накатников Х1, температура нагрева Х2 и припуск на накатку Х3, параметром оптимизации являлось осевое усилие накатки Р. Факторный эксперимент типа 23 проведен в двукратной повторности. Выборка составляла 30 экспериментов.

Для Х1 уровни факторов являются величинами дискретными (100, 125, 160, 200 мин -1), так как частота вращения шпинделя изменяется не плавно, а ступенчато в соответствии с конструктивными особенностями коробки станка. Кроме того, исходя из условий пластичности, принято, что при скорости вращения накатников ниже 100 мин-1 из-за интенсивного остуживания детали процесс в начальной стадии крайне затруднен и практически невозможен в конце по всей ее длине, а при частоте вращения выше 200 мин-1 происходит заклинивание накатных роликов.

Для Х2 при нижнем уровне ниже 650 оС резко увеличивается напряжение текучести металла, что требует значительных усилий накатки и, соответственно, ведет к усложнению конструкции оснастки. Верхний уровень в 950 оС выбран потому, что при этой температуре деформация переходит в пластическую.

Для Х3 уровни фактора определялись величиной износа рабочих поверхностей восстанавливаемой детали.

Гипотеза адекватности модели, проверенная по критерию Фишера, с доверительной вероятностью 0,95 подтвердилась. Уравнение регрессии имеет вид

0,93297, b = 0,00542475, c = 5,8883303, d = 0,6404138.

Новизной данного метода является многоэтапный подход к планированию эксперимента, включающий в себя: выбор функции распределения; составление матрицы планирования; определение границ уровней факторов; предварительный расчет коэффициентов уравнения; уточнение и окончательный расчет кривых; проверка сходимости и построение кривых.


загрузка...