Конструктивную прочность

Во втором издании книги (1963 г.) теоретические и методические вопросы стандартизации получили существенное развитие. Было показано их единство на примерах ряда осуществленных эффективных работ по стандартизации, унификации, типизации и агрегатированию. Была также освещена их роль в прогрессе производительных сил страны и существенном повышении качества продукции и производительности труда. Были более подробно рассмотрены вопросы экономической эффективности стандартизации, создания размерных рядов, параметрических стандартов и конструктивно-унифицированных рядов машин и оборудования. Были подняты актуальные вопросы классификации и кодирования изделий и их элементов, кратко освещен опыт зарубежной и международной стандартизации.

В ряде случаев базовые модели машин служат источником образования конструктивно-унифицированных рядов машин (оборудования), что наглядно показано (рис. 5) на примере производства круглотрикотажных машин различного назначения на ленинградском машиностроительном заводе «Вулкан». Завод специализирован на изготовлении технологического оборудования большой номенклатуры для текстильной, трикотажной и кабельной промышленности. Производство на этом заводе характерно тем, что большинство изготовляемых машин выпускается небольшими партиями и лишь некоторые из них — сериями от 100 до 1000 шт. в год. Многономенклатурная программа завода «Вулкан» потребовала осуществления в большом масштабе стандартизации, унификации и агрегатирования, что дало возможность применить однотипные узлы и детали в различных машинах. В новых машинах проектируются теперь только те оригинальные узлы и детали, которые имеют ярко выраженную специфичность. Коэффициент унификации, в котором учтена трудоемкость унифицированных изделий и их элементов, составляет по заводу «Вулкан» более 50%; это говорит о том, что унифицируются узлы и детали, занимающие значительный удельный вес в продукции завода, так как указанный коэффициент выведен без учета применяемости крепежных деталей.

Принцип геометрического подобия в конструктивно-унифицированных рядах металлорежущих станков, а также установившиеся во всем мире более или менее близкие одна другой общие конструктивные схемы аналогичных типов станков позволяют на основе выбранного закона изменения веса основных нагруженных деталей в зависимости от изменения исходных параметров распространить этот закон на изменение веса станка в целом. Статистический анализ весов достаточно большого количества моделей станков ведущих фирм различных стран мира дает возможность установить коэффициенты или другие показатели экономичного веса и принять их в качестве стандартных. Эта методика, основанная на статистическом анализе, применима для металлорежущих станков любых типов.

Тракторы и сельскохозяйственные машины. Известно, что главная задача создания и стандартизации комплексов машин для полной механизации всех производственных процессов даже в основных отраслях сельского хозяйства еще не решена. Требуемые машины создаются преимущественно в виде отдельных конструктивно унифицированных рядов, а иногда даже индивидуально, без должной взаимной увязки с другими совместно работающими машинами и орудиями. Так, для тракторов характерно систематическое повышение мощности двигателя и рабочих скоростей, что не всегда совпадает с возможностями изготовляемого навесного и прицепного рабочего оборудования. Решаются и другие технические проблемы: применение многоскоростных коробок передач; снижение удельного давления движителей; применение новых видов навесного оборудования и инвентаря; повышение требований к комфортабельности кабины тракториста; улучшение отвода выхлопных газов; ' внедрение централизованной смазки и других усовершенствований для облегчения работы тракториста и технического обслуживания.

По смыслу дальнее прогнозирование стандартизации касается преимущественно новых видов машин и оборудования, отличающихся по принципам действия или же по своим параметрам от наиболее современных. Если для существующих машин и оборудования определились основные типы, но часто не ясны целесообразные ряды типоразмеров изделий и их модификаций, то для совершенно новых видов создаваемой техники задача стандартизации размерных и конструктивно-унифицированных рядов объектов не может еще считаться реальной. Однако из этого не следует, что вопросы установления и регламентирования основных параметров новых объектов преждевременны. Мнение о такой преждевременности отражает случайные решения в области конструкторских проработок и теперь встречается все реже и реже. Наоборот, продуманное техническое задание.становится явлением обыденным, чему способствует планирование внедрения новой техники в государственном масштабе.

2.4. Технические условия на машины, оборудование и транспортные средства, изготовляемые на баз'е конструктивно-унифицированных и агрегатирован-ных рядов

Большинство проводимых работ по созданию конструктивно-унифицированных рядов машин и оборудования относится к фактической стандартизации, результаты которой все еще редко завершаются выпуском официального документа — стандарта. На рис. 30 показан конструктивно-унифицированный ряд агрегати-рованных бесцентровых внутришлифовальных и круглошлифо-вальных автоматов, созданный Московским специальным конструкторским бюро автоматических линий и специальных станков. Все эти автоматы предназначены для обработки деталей типа колец в автоматических линиях или в условиях поточного или серийного npOHSBOflcfea. В комплекс созданных шлифовальных автоматов входят бесцентровые внутришлифовальные автоматы (модель 6С187, диаметр обработки 80—160 мм; модель 6С186, диаметр обработки 35—100 мм; модель 6С185, диаметр обработки 15—50 мм), а также бесцентровые круглошлифовальные автоматы (модель 6С191, диаметр обработки 60—160 мм; модель 6С192, диаметр обработки 17—80 мм).

Следует заметить, что одной из причин задерживания подобных, весьма прогрессивных и экономически целесообразных работ по созданию конструктивно-унифицированных рядов машин и оборудования в сфере фактической стандартизации является недооценка со стороны органов стандартизации значения подразделения параметрических стандартов на стандарты первого и второго порядков, разрабатываемых и вводимых в действие последовательно. В системе стандартов четырех порядков, вполне естественно, дальнейшим развитием работ будет создание стан-

менение машин и оборудования промежуточных типоразмеров только универсального (общего) назначения. Поэтому более целесообразно развивать типаж специализированных машин и оборудования на основе конструктивно-унифицированных и агре-гатированных рядов, основанных на ряде R10, а не путем создания промежуточных типоразмеров машин только универсального назначения на базе ряда R20.

В отличие от упомянутых выше электродвигателей переменного тока единой серии двигатели внутреннего сгорания всех существующих типов, применяемых на автобусах, тягачах, тракторах, комбайнах и других самоходных машинах, применяемых в сельском и лесном хозяйстве, на строительстве и мелиорации, в горнорудной промышленности, коммунальном хозяйстве, водном транспорте, а также и для других целей, не являются объектами какого-то одного конструктивно-унифицированного ряда-Более того, они не образуют пока даже трех или четырех конструктивно-унифицированных рядов или серий (гамм). Их одноименные детали существенно различаются по своим формам, размерам, материалам и техническим требованиям к изготовлению. Они не имеют ни конструктивного, ни технологического подобия и при всем этом изготовляются в разных количествах, что не дает возможности внедрить на заводах-изготовителях

Примером создания конструктивно-унифицированных рядов может быть названа работа НИИХИММАШа в области агрега-^

Другим, не менее убедительным примером является создание Московским специальным конструкторским бюро автоматических линий и специальных станков (МосСКБ-АЛ и СС) конструктивно-унифицированных внутришлифовальных . и кругло-шлифовальных станков 24 моделей, предназначенных для встраивания в автоматические линии и для работы в условиях обычных поточных производств. Результаты унификации приведены в табл. 22.

Для того чтобы приблизить результаты испытаний к реальным условиям эксплуатации материала в конструкции и получить цифры, характеризующие конструктивную прочность, довольно широко стали применять испытание на растяжение с концентраторами (надрезами) — рис. 49. Прочность в этом случае (а") определяли как разрушающее напряжение, деленное на сечение нетто (живое сечение в месте надреза).

В виде общего вывода важно заметить, что у легированных сталей мартенситная структура может быть достигнута более медленным охлаждением, чем у углеродистых; более медленное охлаждение создает меньшие внутренние напряжения, что является фактором, повышающим конструктивную прочность.

Несмотря на сравнительно невысокую прочность (o"u = 40-f-50 кгс/мм2), вязкость разрушения (Kic) алюминиевых сплавов значительно уступает стали (она равна 120—140 кгс/мм '*, тогда как у стали при тон же прочности A'ic«500 кгс/мм*'*, а #1с=150н-200 кгс/ммJ'* характерно для высокопрочной стали с о в > 250 кгс/мм2). Это показывает, что алюминиевые сплавы имеют существенно (в пять раз) меньшую конструктивную прочность, чем стали.

Упрочняющая термическая обработка заключается в закалке с 515— 525°С сплава ВАД23 и 495—505°С сплава 01420 в холодной воде и старении при '170°С, 10—12 ч, что обеспечивает максимальную прочность (оп = 55— --60 кгс/мм2), но недостаточную пластичность (6 = 4-f-5%) и конструктивную прочность (надежность).

Величина зерна стали не оказывает существенного влияния на стандартный комплекс механических свойств, получаемых при испытании на статическое растяжение (ав, а0>.>, 6, \з) и твердость, но с ростом зерна резко снижается ударная вязкость, уменьшается работа распространения трещины и повышается порог хладноломкости. Значение /Cic с увеличением размера зерна возрастает (эффект очистки границ зерен от примесей). Чем крупнее зерно, тем более сталь склонна к закалочным трещинам и деформациям. Все это следует учитывать при выборе режимов термической обработки. Разнозерни-стость сильно снижает конструктивную прочность, вызывая охруп-чиванпе в зонах, прилегающих к концентраторам напряжений.

Основанная на промежуточном превращении термическая обработка (изотермическая закалка) на нижний бейнит обеспечивает вымокни комплекс механических свойств и, что особенно важно, высокую конструктивную прочность, поэтому ее широко используют в промышленности для упрочнения ответственных деталей машин.

Улучшению подвергают среднеуглеродистые (0,3—0,5 % С) конструкционные стали, к которым предъявляются высокие требования по пределу выносливости и ударной вязкости. Улучшение значительно повышает конструктивную прочность стали, уменьшая чувствительность к концентраторам напряжений, увеличивая работу развития трещин и снижая температуру порога хладноломкости. Однако износостойкость улучшенной стали вследствие ее пониженной твердости не высокая.

2400 МПа). Однако ВТМО обеспечивает большой запас пластичности и лучшую конструктивную прочность, повышает ударную вязкость, сопротивление распространению трещины (вязкость разрушения), понижает порог хладноломкости и чувствительность к отпускной хрупкости. Кроме того, деформация при высоких температурах протекает при меньших усилиях и является поэтому более техно логичной операцией.

13. Большаков В. И., Пилипченко Ю. И., Спиваков В. И. Влияние упрочняющей термической обработки на конструктивную прочность низколегированных сталей// МиТОМ. 1980. № КС. 36—39.

Поэтому механические характеристики сварных соединений и конструктивную прочность сосудов при оценке их работоспособности в трудах профессора С.А. Куркина предлагается оценивать по трехэтапной системе испытаний:

и вмятин, а также их расположение на поверхности трубы дают основание утверждать, что причиной образования этих дефектов явилось механическое воздействие ковша экскаватора или другого механизма на трубу, уложенную в землю. При визуальном обследовании на наружной и внутренней поверхностях разрушенного участка трубы каких-либо очагов или зон заметных коррозионных повреждений не зафиксировано. Измерение периметра трубы, проведенное с шагом 50 мм на участке разрыва и вне его, не показало увеличения ее линейных размеров (то есть вытяжки металла) в месте разрушения, что свидетельствует о хрупком характере последнего. Исследование основного металла трубы и продольного шва катушки с повреждением показало отсутствие отклонений в свойствах металла трубы от норм, а также дефектов (за исключением описанных задиров и вмятин), которые снижали бы конструктивную прочность трубы и способствовали ее разрушению. Установлено, что зарождение первичной продольной трещины произошло из-за наличия на поверхности трубы механических задиров. Трещина достигла критических размеров в ходе эксплуатации трубопровода, а ее раскрытие и дальнейшее разрушение трубы произошли в момент, когда рабочее давление несколько превысило расчетное.