У Д К 621.771.06 Артюх В. Г. ИСПЫТАНИЯ НЕПРЕРЫВНОСРЕЗНОГО ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА

У Д К 621.771.06
Артюх В. Г.
ИСПЫТАНИЯ НЕПРЕРЫВНОСРЕЗНОГО
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
Конструкция и расчет непрерывносрезного предохранительного устройства
(ПУ) со спиральными ребрами подробно освещены в работе [1]. Такое ПУ может
работать как противоаварийное буферное устройство в транспортных средствах [2]
или как предохранитель на максимальное усилие срабатывания при большой
требуемой осадке [3].
В работе [1] была получена формула для определения величины усилия
Формы поперечных сечений резьб (ребер), которые испытывались для
выбора оптимальной формы, показаны на рис. 3. На рис.4 представлен общий вид
112
Рис.3. Ф о р м ы поперечных сечений испытанных резьб
испытанных образцов. Испытания проводились на машине УИМ-50 с записью рабочих
характеристик на диаграммном аппарате. Т и п ы испытывавшихся ножей представлены на рис.5
Основные закономерности, обнаруженные в результате испытаний, сводятся к
следующему.
1. Предложенные расчетные формулы правильно отражают как качественную, так и
количественную сторону процесса срезания спиральных ребер.
2. Наибольшее влияние на усилие среза оказывает форма режущей кромки ножа.
3. Стабильность
усилия
среза зависит как от параметров нарезки, так и от
параметров ножа.
4. Повысить стабильность усилия среза можно применением смазки в зоне резания.
5. Коэффициент полноты рабочей характеристики предохранителя
достигает значении
0.90. .0,95.
На рис.6 приведены рабочие характеристики моделей с трапецеидальным профилем
спиралей, срезаемых кольцевыми ножами с различными углами
наклона режущей кромки (30°
и 95°). Трапецеидальная форма резьбы обеспечивает устойчивый срез и хороший отход
"стружки", т. е. отсутствие наложения срезанных витков на соседние витки спирали Углы 30° и
95° являются наименьшим и наибольшим из всех, которые были опробованы в данных
испытаниях. На приведенных диаграммах видно, что с увеличением угла наклона режущей
кромки усилие существенно возрастает. Однако одновременно увеличиваются и колебания
усилия; коэффициент уменьшается с 0,9 до 0,8.
На рис.7 приведены рабочие характеристики тех же моделей, срезаемых ножами с
прямоугольной кромкой и с кромкой, имеющей радиус закругления 0,5мм. По диаграммам
видно, что процесс среза в обоих случаях является неустойчивым; колебания усилия достигают
30... 40%.
На рис.8 приведены рабочие характеристики тех же моделей, но срезаемых ножами с
двойной режущей кромкой (одна кромка отстоит от другой на 0.5... 1,0мм). Предполагалось, что
это повысит усилие срабатывания и энергоемкость данной модели. Однако процесс среза стал
очень неустойчивым. Колебания усилия доходили до 50%, что совершенно недопустимо для
ПУ.
О п ы т н ы м путем был найден оптимальный угол
Он составил 80°. При этом процесс
срезания устойчивый, усилие среза достаточно высокое. На рис.9 приведены характеристики
моделей с различными формами спиральных ребер, срезаемых ножом с
Начальный пик
118
на диаграммах может быть уменьшен или полностью ликвидирован ослаблением первого витка
резьбы.
На рис. 10 приведены рабочие характеристики модели в случае наслоения срезанных
ребер. При этом видны нежелательные пики нагрузок. На рис. 11 даны рабочие характеристики
образцов, испытанных без смазки и со смазкой зоны резания машинным маслом. Видно, что
смазка не влияет на величину усилия резания, но в то же время стабилизирует процесс среза. На
рис. 12 приведены рабочие характеристики образцов при плохом отделении срезанных ребер.
На диаграммах наблюдаются скачки с колебаниями усилия до 50%.
120
а)
б)
Рис.8. Влияние режущей кромки ножа на рабочую характеристику:
а - ступенчатая режущая кромка;
б - прямоугольная режущая кромка
121
а)
б)
Рис.11. Рабочие характеристики моделей:
а - без смазки;
б — со смазкой машинным маслом
122
Рис.12. Рабочие характеристики моделей при плохом отделении срезанных ребер
На основании
проведенных
испытаний
был
сделан
предварительный
выбор
оптимальных параметров ПУ, обеспечивающих наибольшую стабильность процесса среза:
профиль резьбы трапецеидальный;
материал расходуемого элемента - сталь20;
гарантированный зазор между ножом и телом образца - 0,5мм
Динамические испытания моделей ПУ проводились на копре с грузом Р=10 кН и
максимальной высотой подъема Н=1,5м; т. о., максимальный запас энергии:
Наибольшая скорость соударения составляла 5,6 м/с. Образцы имели диаметр D=95MM.
Резьба - трехзаходная с формой ребер, показанной на рис. 3, д. Зазор между ножом и образцами
составлял 0,2...0,4мм;
Материал образцов - сталь 20, материал ножа - сталь 40Х с
термообработкой до твердости HRC 40. Длина нарезанной части образцов составляла 80. . 100
мм (рис. 13).
Высота подъема груза составляла от 0,25 до 1,5 м. Один и тот же образец нагружался
несколько раз с постепенным увеличением высоты подъема до тех пор, пока не срезались все
спиральные ребра. После каждого удара замерялся тормозной путь и вычислялось среднее
усилие срабатывания как отношение энергоемкости к тормозному пути. Всего было испытано 6
образцов. Результаты испытаний сведены в таблицу.
Таблица
Результаты испытаний моделей на копре при скоростях соударения 0...5,6 м/с
Рис. S3. Обрачцы и модели со спиральными ребрами для ударных и статических испытаний
124
Анализ результатов испытаний позволяет сделать вывод о том, что среднее усилие
срабатывания ПУ не зависит от скорости нагружения. Это позволяет на предварительном этапе
проектирования ПУ обойтись статическими испытаниями.
Эти испытания моделей ПУ, рассчитанных на усилие 800.. 1ОООкН, были проведены на
прессе ПР-500. Предохранитель с таким усилием может быть установлен на слитковозе,
тяжелом кране, манипуляторе и некоторьгх других металлургических машинах. На основании
формулы (1) были установлены предварительные размеры элементов предохранителя. По этим
размерам была выбрана заготовка - горячекатаная бесшовная муфтовая труба
из стали 20.
Резьба изготавливалась трехзаходной с ходом 72мм в двух вариантах. В первом варианте резьба
была по профилю перевернутой упорной (см. рис. 3, б); во втором - симметричной
трапецеидальной (см. рис. 3, д).
Рабочие характеристики моделей предохранителей представлены на (рис. 14).
Рис.14. Рабочие характеристики моделей ПУ на усилие 800..JOOO кН
125
выводы
1.
2.
3.
Определены оптимальные параметры непрерывносрезного ПУ, обеспечивающие
наибольшую стабильность процесса среза.
Опытами доказано, что среднее усилие срабатывания непрерывносрезного ПУ не
зависит от скорости нагружения.
Основным недостатком ПУ со срезными спиральными ребрами является малое
усилие срабатывания при довольно больших габаритах, что ограничивает область
его применения пилигримовыми станами и вспомогательным металлургическим
оборудованием.
Перечень ссычок
1.
Артюх В. Г. К расчету предохранителя со срезными ребрами // Защита
металлургических машин от поломок. - Мариуполь, 1997. - Вып.2 - С. 113-117.
2.
А с . 867746 СССР, МКИ B61G 11/16; F16 F7/12. Противоаварийное буферное
устройство / Артюх Г.В., Любов В.А., Фурса И.Г. и др. (СССР) - №2536684/27-11;
Заявлено 25.10.77; Опубл. 20.09.81, Бюл. №36. - 3 с.
Артюх В.Г. О точности срабатывания предохранителей для металлургических
машин // Вестник Приазовского гостехуниверситета. - 1997. - №3. - С. 106-110.
3.
126