Металлоемкости конструкций

МАССА И МЕТАЛЛОЕМКОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ

Железобетон. Для некоторых отраслей машиностроения перспективным является применение железобетонных конструкций. Из железобетона целесообразно изготовлять крупногабаритные корпусные и базовые детали агрегатов в тяжелом машиностроении (станины уникальных металлорежущих станков, прессов, шаботы молотов и др.). При этом резко сокращается металлоемкость конструкций и снижаются расходы на их изготовление.

3. МАССА И МЕТАЛЛОЕМКОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ .......

готовлеыии крупных заготовок ведут к замене литых заготовок комбинированными, которые получают сочетанием ковки и литья со сваркой. Это позволяет подойти дифференцированно к различным частям детали, в частности, использовать в одной конструкции разнородные материалы, наиболее соответствующие условиям работы различных элементов, уменьшить массу и металлоемкость конструкций. Комбинированные заготовки обладают большей технологичностью. Их внедрение снижает сроки освоения производства, сокращает расходы на литейную и штамповочную оснастку.

Хребтовые балки в зависимости от соотношения размеров котла могут быть расположены продольно или поперечно. Для придания жесткости стенам топки, восприятия нагрузок от наддува, от повышения давления при хлопках, а также с целью предупреждения деформации экранов предусматривают обвязочный каркас с горизонтальными поясами жесткости через 2,5— 3 м по высоте. К нему крепят помосты и лестницы. Совмещением каркасов котла и здания удается снизить металлоемкость конструкций.

Хребтовые балки в зависимости от соотношения размеров котла могут быть расположены продольно или поперечно. Для придания жесткости стенам топки, восприятия нагрузок от наддува, от повышения давления при хлопках, а также с целью предупреждения деформации экранов предусматривают обвязочный каркас с горизонтальными поясами жесткости через 2,5— 3 м по высоте. К нему крепят помосты и лестницы. Совмещением каркасов котла и здания удается снизить металлоемкость конструкций.

Гидравлические и пневматические системы имеют целый ряд преимуществ перед механическими: быстроту срабатывания (пневматические системы); возможность передачи значительных мощностей по трубопроводам небольших диаметров и получения больших выходных усилий; простоту, компактность и малую металлоемкость конструкций систем; возможность использования нормализованных покупных узлов и деталей при проектировании и изготовлении систем; плавность хода рабочих органов (гидравлические системы); простоту управления работой механизмов и обеспечение бесступенчатого регулирования скорости движения исполнительных органов; возможность размещения систем как в машине, так и за ее пределами; надежность и долговечность систем.

Требования, связанные с термической обработкой. В настоящее время серьезным укором конструкторам является большая металлоемкость конструкций. Причина этого — применение малолегированных сталей; при этом детали работают не в загруженных режимах. При использовании высоколегированных сталей, требующих термической обработки и работающих при больших напряжениях, конструкции, естественно, получаются более компактными, п машины имеют меньшие габариты. Во избежание неравно-

МАССА И МЕТАЛЛОЕМКОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ

Железобетон. Для некоторых отраслей машиностроения перспективным является применение железобетонных конструкций. Из железобетона целесообразно изготовлять крупногабаритные корпусные и базовые детали агрегатов в тяжелом машиностроении {станины уникальных металлорежущих станков, прессов, шаботы молотов и др.). При этом резко сокращается металлоемкость конструкций и снижаются расходы- на их изготовление. '

высокая прочность при 20 °С, которая определяет надежность и металлоемкость конструкций, а также количество хладагента, требуемого для их захолаживаиия;

Увеличение рабочих параметров современных машин и аппаратов (рост единичных мощностей, уровня температур, грузоспособ-ности, маневренности, а также работа изделий в условиях переходных и форсированных эксплуатационных режимов и т. д.) при одновременном снижении металлоемкости конструкций и использовании новых металлических материалов повышенной прочности приводит к возрастанию как общей, так и местной напряженности конструкции с выходом в зонах концентрации металла за пределы упругости. Эксплуатационная нестационарность (тепловая и механическая) нагружения изделий сопровождается работой материала в условиях циклического упругопластического деформирования. Такое нагружение характерно для конструкций энергетического, транспортного и химического машиностроения, авиации, ракетной техники, реакторостроения и т. д. [127, 170].

Для эксплуатации многих современных конструкций характерны тепловые потоки большой мощности, высокие уровни механических нагрузок, циклический характер режимов эксплуатации. Увеличение рабочих параметров таких конструкций (единичных -мощностей, уровня температур, маневренности и т. д.) при одновременном снижении металлоемкости конструкций приводит к возрастанию как общей, так и местной напряженности.

Требования к снижению металлоемкости конструкций диктуют применение армированных пластиков и даже железобетона. Имеется много примеров, когда в тяжелых станках и прокатных станах станины изготовляются из армированного железобетона, что дает снижение расхода металла в 3—4 раза и обеспечивает гашение вибраций в процессе работы.

В условиях ускорения научно-технического прогресса машиностроение развивается в направлении непрерывного повышения скоростей и мощностей машин, а также их точности и долговечности при наличии тенденции к сокращению металлоемкости конструкций. В результате происходит возрастание применения высоколегированных материалов, обрабатываемость которых резанием все более усложняется. Так, например, переход от углеродистых конструкционных сталей на легированные понижает стойкость инструмента при неизменных режимах резания более чем в 2 раза. Переход на резание конструкционных легированных сталей после их термического улучшения снижает стойкость инструмента в 3 раза и более.

Механические способы и оборудование, работающее на этих принципах разрушения, в достаточной степени теоретически исследовано и конструктивно отработано, поэтому здесь глубоко качественных улучшений ожидать не приходится. Дальнейшая интенсификация процессов связана с резким повышением энергозатрат, металлоемкости конструкций, использованием дорогих высококачественных сталей и сплавов наряду с непропорционально малым ростом технико-экономических показателей.

Для снижения металлоемкости конструкций применяют титановые сплавы повышенной прочности и коррозионной стойкости по отношению к техническому титану. В ряде случаев применение титановых сплавов позволяет получить более чистый продукт или усовершенствовать технологический процесс, что дает существенный экономический эффект.

Центробежные коаксиальные тепловые трубы могут успешно применяться в качестве сушильных цилиндров. Сушильные установки, используемые в настоящее время в целлюлозно-бумажном производстве, весьма громоздки, поэтому интенсификация процессов сушки и уменьшения металлоемкости конструкций в бумажной промышленности является важной задачей.

Замена чугуна и стали литейными алюминиевыми сплавами позволяет получать значительный технико-экономический эффект за счет снижения массы (металлоемкости) конструкций; повышения эксплуатационной надежности и долговечности; уменьшения трудоемкости благодаря применению более точных литых заготовок, а также более легкой обрабатываемости резанием.

Требования снижения металлоемкости конструкций при одновременном повышении прочности и надежности обусловливают разработку новых конструкционных материалов, среди которых необходимо выделить композиционные материалы с металлической матрицей. Учитывая широкое использование данного класса материалов при создании конструкций транспортного и химического машиностроения, ракетно-авиационной и космической техники, исследование процессов их разрушения представляет собой важную задачу механики конструкционного материаловедения. В ряду композитов с металлической матрицей особое место занимает бороалюминий — материал на основе алюминия, упрочненного волокнами бора. Боро-алюминиевый волокнистый композиционный материал (ВКМ) обладает высокими удельными показателями прочности и жесткости, высокой стабильностью механических характеристик при повышенных температурах. Благодаря уникальным свойствам данного материала, его используют в несущих конструкциях космических аппаратов и авиационной техники [1, 2].

Повышение единичной мощности связано с увеличением металлоемкости конструкций и ростом рабочих параметров (единичная мощность, рабочая температура, высокое давление, большая грузоподъемность, маневренность и т. д.), обусловленных, как правило, работой конструкционных материалов в экстремальных условиях при сложном температурном и силовом воздействии. Это в первую очередь относится к энергетическому, транспортному, химическому, металлургическому машиностроению, судостроению и летательным аппаратам.

питальных ремонтов, уменьшение расхода запасных частей, экономию горючесмазочных материалов, снижение металлоемкости конструкций узлов трения и повышение производительности машины. В целом триботехника должна решать узловые проблемы экономики, относящиеся к сырьевым, энергетическим и трудовым ресурсам страны.