Жесткости трубопровода

Для создания теоретических основ технологии машиностроения большое значение имели работы Н. А. Бородачева по анализу качества и точности производства; К. В. Вотинова, осуществившего обширные исследования жесткости технологической системы станок — приспособление — инструмент — заготовка и ее влияния на точность обработки; А. А. Зыкова и А. Б. Яхина, положивших начало научному анализу причин возникновения погрешностей при обработке. В 1959 г. вышла книга В. М. Кована «Основы технологии машиностроения», обобщившая научные положения технологии машиностроения и методику технологических расчетов, относящиеся к различным отраслям машиностроения. Задачи экономии металла и повышения производительности труда при механической обработке теоретически обоснованы Г. А. Шаумяном.

Подачу 5 при черновой обработке выбирают максимально возможную исходя из прочности и жесткости технологической системы, мопноста привода станка и других ограничивающих факторов; при чистовой обработке — в зависимости от требуемых степени точности и шероховатости поверхности,

3. Увеличенное рассеяние признака качества. Эта разновидность ненормальностей при механической обработке нередко состоит в уменьшении жесткости технологической системы станок—приспособление—инструмент—деталь, вследствие чего на признаке качества в большей степени сказываются дисперсии многочисленных случайных слагаемых вектора усилия обработки. Но нередко причиной могут оказаться нарушения допуска на припуски, загрязнение базисных поверхностей и др. Моменты возможного возникновения ненормальностей: а) обычно возникает постепенно вследствие износа (засорения) станка или приспособления; б) может возникнуть при наладке, например в результате использования пружинящих подкладок, установки резца с большим вылетом и пр.; в) может возникнуть с доставкой очередной партии заготовок с чрезмерной дисперсией припуска. Форма проявления — увеличение среднего квадратического отклонения ах мгновенного распределения х, о чем судят по различиям между наблюденными значениями признака качества х в выборке (интуитивно или опираясь на математико-статистические методы).

Очень большое значение имеет периодическая обработка архива контрольных карт (раз в полгода или раз в год), которая позволяет следить за снижением жесткости технологической системы в связи с постепенным износом. Опыт показал, что таким образом можно своевременно предотвращать потерю точности отдельных единиц оборудования своевременным ремонтом. Каждый новый рабочий должен быть обучен методам настройки, установленным для данной операции, с последующей проверкой мастером и в ответственных случаях — с помощью контрольной карты.

В качестве примера внешнего фактора в гл. 2 упоминалась дисперсия диаметра прутков автоматной стали при обточке на токарных автоматах. Вследствие неабсолютной жесткости технологической системы значительные отклонения диаметра прутка от среднего уровня приводят к смещению г/вн диаметров всех экземпляров детали, выточенных из данного прутка. После замены израсходованного прутка смещение ут меняется в зависимости от

Вторая комплексная тема, разрабатываемая с 1963 года яа кафедре, «Влияние жесткости технологической системы на точность при протягивании», является продолжением ранее выполненных Л. Р. Апиным работ в области внутреннего протягивания [31, 32]. Работы ведутся по трем основным направлениям: а) влияние механических свойств и структуры сталей на •точность; б) -исследование динамических процессов при протягивании; в) исследование рассеивания при протягивании. Некоторые результаты исследований изложены в статьях (см. стр. 49 и 57). Наиболее существенным результатом является создание оригинальной динамометрической аппаратуры для записи динамических деформаций детали в процессе резания, а также выявления ряда закономерностей протекания тепловых процессов.

Ковкий чугун, сталь и стальные отливки ав < < 80 кГ/ммг, а также og > > 80 кПмм1 при недостаточной жесткости технологической системы. Для отвода и дробления стружки следует применять струж-коломатель

На кафедре продолжались исследования жесткости технологической системы. В результате исследований В. А. Скрагана было выяснено влияние сил трения в подвижных соединениях станков на упругие деформации технологической системы при переменных силах резания. Было установлено наличие сдвига фаз между силой резания и деформацией узлов металлорежущих станков, обусловленное действием сил трения. Сдвиг фаз между силой резания и деформацией технологической системы в ряде случаев приводит к значительному усложнению закономерностей копирования погрешностей обработки и к более сложным расчетам точности формы обрабатываемых деталей. Во многих операциях механической обработки значительное время занимают периоды врезания и выхаживания, характеризующиеся неустановившимся процессом резания (переменной толщиной стружки), который может протекать быстрее или медленнее в зависимости от жесткости технологической системы и режимов обработки. Изучение этих процессов позволило более полно охватить вопросы влияния жесткости технологической системы на точность и производительность механической обработки.

летах), манипуляторах как перед обработкой, так и после нее. Поэтому к ним предъявляются требования точности центрирования деталей или инструмента, жесткости и постоянства усилия зажима, обеспечивающих качество обработки. В промышленных роботах и манипуляторах зажим должен обеспечивать точность ориентации детали и предотвращать ее выпадение под действием собственного веса и инерционных усилий. Механизмы зажима применяются в ряде других узлов (суппортах, поворотных столах, револьверных головках и др.) также в целях повышения жесткости технологической системы станков. При нежестких деталях ограничивается усилие зажима и неравномерность их нарастания. Характер нарастания, распределения и сохранения на заданном уровне усилий зажима имеет значение не только для правильного центрирования деталей в процессе обработки, но и по условиям техники безопасности. Последние должны устанавливаться экспериментально (см. гл. 6).' В тех случаях, когда зажим не совмещается с выполнением основных технологических операций (как это наблюдается в многопозиционных поворотных столах с загрузочными позициями), к его основным критериям качества относится быстродействие. В механизмах зажима применяются электромеханический, гидравлический и пневматический приводы, свойства которых оказывают существенное влияние на общий КПД, быстродействие и надежность зажимных устройств. Для условий ГАП вопросы выбора типа привода, отработка конструкции и параметров зажимных устройств приобретают особо важное значение не только из соображений надежности, но и в связи с необходимостью их переналадки на различные группы обрабатываемых деталей.

Технологические исследования наладки включают исследования условий зажима заготовки, ее деформаций, изучение действующих усилий ргзания. Они сочетаются с исследованиями жесткости технологической системы станок — приспособление — инструмент-деталь (СПИД). Приведенные примеры исследований не исчерпывают всех видов эксплуатационных испытаний станков, но они иллюстрируют их взаимосвязь и связь с решением задач технической диагностики.

Рассмотрим схему расчета жесткости технологической системы и ее отдельных элементов при обработке вала на токарном станке.

Наиболее экономичная в большинстве случаев балочная прокладка предполагает, как отмечалось, использование изгибной жесткости трубопровода максимального диаметра из всего пучка труб. Этот трубопровод обычно именуется ведущим. Возможность осуществления балочной прокладки определяется следующими условиями: в поперечном сечении пучка труб должна быть труба, способная самостоятельно воспринимать усилия в пролете между опорами; сопутствующие трубы должны быть расположены так, чтобы можно было прикрепить их к основной трубе; генеральный план и подземные коммуникации должны позволять установку опор на расстоянии, определяемом несущей способностью ведущей трубы.

Применительно к машине с гидропульсатором, силовая схема которой показана на рис. 3, а, элементы динамической схемы соответствуют: т± — массе плунжера гидропульсатора; с\ — приведенной жесткости трубопровода и масла, находящегося в нем и в цилиндрах (пульсатора и нагружающем 8); RI — приведенному неупругому сопротивлению этой цепи; ш2 — массе реверсора машины, включающего верхний захват 3, нижнюю траверсу 4, колонны 5 и верхнюю траверсу 7 с поршнем нагружающего цилиндра; Сг — приведенной жесткости трубопроводов, соединяющих нагружающий цилиндр с насосом и гидравлическими измерителями статической и динами-

при прочих равных условиях, от жесткости сильфонов, соотношения их жесткостей и жесткости трубопровода, подающего воздух к измерительному соплу.

отношение низшей частоты колебаний трубопровода, найденной по нелинейной теории, к частоте «балочных» колебаний, вычисленной на основе линейного приближения. По оси ординат отложены значения амплитудного параметра Аг*/Р, введенного таким образом, что, определяя максимальные нормальные напряжения в среднем сечении трубы при ее изгибе как балки, достаточно умножить значение этого параметра на некоторый размерный коэффициент. Из рассмотрения графиков (рис. 3) следует, что нелинейность в данном случае носит мягкий характер. Это легко объяснить снижением изгибной жесткости трубопровода при его овализации. Наиболее существенная нелинейность наблюдается при значении 1/г, близком к «предельной» длине, величина которой в данном случае составляет 24.

Трубопровод одного и того же диаметра на всем протяжении считается тонким стержнем с постоянной жесткостью и постоянной погонной массой, т. е. пренебрегают изменением жесткости трубопровода на криволинейных участках, а также повышением жесткости и погонной массы в местах фланцевых соединений. Погонную массу вычисляют с учетом масс жидкости в трубопроводе и изоляции; модуль продольной упругости материала трубопровода берут в зависимости от температуры транспортируемой среды, а влиянием жесткости изоляции на общую жесткость трубопровода пренебрегают.

Приведенный коэффициент жесткости трубопровода (сила, приложенная в точке приведения и вызывающая ее перемещение на единицу длины) определяем из выражения для прогиба системы в точке С XI1

При наличии на каком-либо участке однопролетного трубопровода упругой промежуточной опоры (рис. 73, а) расчет производим аналогичным образом, приняв точку С крепления промежуточной опоры к трубопроводу за точку приведения. В этом случае упругая опора лишь увеличивает коэффициент жесткости системы и не оказывает влияния на величину приведенной массы. Действительно, если рассматривать трубопровод как систему с одной степенью свободы, то без упругой опоры расчетная схема имеет вид, изображенный на рис. 73, б, а при наличии упругой опоры появляется дополнительная жесткость соп (рис. 73, в). Для определения приведенной массы Мпр отбрасываем упругую опору, а правый конец (точка В) освобождаем и находим опорные реакции и кривую прогиба трубопровода. Приведенный коэффициент жесткости трубопровода спр вычисляем по прогибу точки приведения без учета упругой опоры, по конструктивным же данным последней находим ее коэффициент жесткости соп. Сум-

Пространственный однопролетный трубопровод. Если известно направление, в котором возникают колебания пространственного трубопровода с наинизшей частотой, то определение последней производится так же, как и в случае плоского трубопровода, однако в большинстве случаев довольно трудно заранее указать это направление. В связи с этим задаемся системой координат , у, ?, определяющих положение трубопровода в пространстве, так чтобы одна из осей совпадала с направлением минимальной жесткости трубопровода, и далее производим расчет, нагружая трубопровод силой Р поочередно в направлении каждой из осей.

Если при этом в каком-либо сечении получаем, что абсолютное давление падает ниже давления паров жидкости при данной температуре, то это указывает на нарушение сплошности потока. Тогда дальнейшие явления в данном сечении до тех пор, пока сплошность потока в нем опять не восстановится, протекают не по законам гидравлического удара. Падение давления ниже атмосферного, в зависимости от его величины и жесткости трубопровода, может повлечь потерю устойчивости формы и сплющивание трубопровода наружным давлением.

Трубопровод делится на суперэлементы — участки, не имеющие •отводов. Каждый отвод рассматривается как отдельный суперэлемент. Так, например, для удобства составления исходных данных и уменьшения размеров общей матрицы жесткости трубопровода, изображенного на рис. 1,7, его можно разделить на шесть суперэлементов. Каждому суперэлементу присваивается порядковый но-:мер (римские цифры в кружках на рис. 1.7). Затем каждый суперэлемент делится на элементы, границами (узловыми точками) которых являются сечения резкого изменения геометрии, жесткости, либо приложения сосредоточенных нагрузок, или опорные устрой--ства,

Применительно к машине с гидропульсатором, силовая схема которой показана на рис. 3, а, элементы динамической схемы соответствуют: т^ — массе плунжера гидропульсатора; cj — приведенной жесткости трубопровода и масла, находящегося в нем и в цилиндрах (пульсатора и нагружающем 8); Ri — приведенному неупругому сопротивлению этой цепи; т^ — массе реверсора машины, включающего верхний захват 3, нижнюю траверсу 4, колонны 5 и верхнюю траверсу/ с поршнем нагружающего цилиндра; Сг — приведенной жесткости трубопроводов, соединяющих нагружающий цилиндр с насосом и гидравлическими измерителями статической и динами-