Вібраційний модуль на оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів - Автореферат

Номер державної реєстрації 05.55.05/004Б-92 “Розробка технологій холодного і гарячого ущільнення конструкцій та виробів з порошкових матеріалів ”, а також є закінченим фрагментом досліджень, які виконувались ЛДТУ за програмою INTAS-96-2343 на тему “Основи і експериментальне дослідження формування, спікання і ущільнення в сучасних порошкових технологіях”. Метою роботи є розробка та дослідження вібраційного модуля на оболонках високого тиску для вібраційного пресування порошкових матеріалів, який дозволяє отримувати якісні заготовки складних та габаритних виробів, а також створення наукової та експериментально обґрунтованої методики розрахунку параметрів вібраційних модулів. розробити на базі знайдених рішень конструктивну схему вібраційного модуля на оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів; розробити математичну модель вібраційного модуля на оболонках високого тиску для дослідження його динаміки; розробити інженерну методику проектування вібраційних модулів на підтиснених оболонках високого тиску.Перший розділ присвячений літературному огляду, в якому приведений аналіз відомих способів формування виробів з порошкових матеріалів, встановлено вплив факторів, які визначають характер розподілу густини та фізико-механічні характеристики пресовок, розглянуто способи передачі енергії вібрації порошку, що ущільнюється та схеми вібраційного та віброударного пресування. Чисельними дослідженнями доведено, що на однорідність розподілення всіх фізико-механічних показників пористих та структурно-неоднорідних матеріалів впливає схема прикладення зусиль до заготовки в процесі її пресування (формування). Для перевірки приведених аналітичних залежностей проведені дослідження жорсткості виконавчого механізму по пяти схемах, коли тиск в оболонках Р0=0, Р0№0, Р=Рсер та тиск в системі підтримується постійним. Проведені досліди показали, що конструктивна особливість оболонок високого тиску, а саме, можливість витримувати великий внутрішній тиск, мала згінна жорсткість в радіальному напрямку, висока довговічність дозволяє їх використання в якості пружних елементів гідравлічних вібраційних виконавчих механізмів; застосування оболонок високого тиску, як пружних оболонок досягається за рахунок попереднього підтиснення до еліптичного стану, причому величина підтиснення має бути в межах пружної деформації рукава в радіальному напрямку. Для виводу лінеарізованого рівняння руху гідравлічного вібратора приймемо наступні припущення: жорсткість основних пружних звязків С0 постійна, та не залежить від переміщення Х2; сухе тертя в виконавчому механізмі дуже мале, тому його можна не враховувати; хвильові процеси в гідравлічних магістралях не впливають на динаміку системи через їх малоу довжину; модуль пружності рідини та робочих порожнин величина постійна, яка не залежить від тиску і температури; температура рідини за час динамічного процесу не змінюється; втрати рідини в трубопроводах, робочих порожнинах та генераторі коливань дуже малі і тому їх можна не враховувати; коефіцієнт вязкості величина постійна.Встановлено, що гідравлічні вібратори на оболонках високого тиску надійні в експлуатації і мають великий коефіцієнт корисної дії. Розроблена конструктивна схема гідравлічного вібраційного модуля на підтиснених оболонках високого тиску, яка за рахунок різних схем підключення оболонок забезпечує просторові коливання прес-форми. Теоретично та експериментально встановлено, що конструктивні особливості оболонок високого тиску дозволяють їх застосування в якості пружних елементів гідравлічних вібраційних виконавчих механізмів. Розроблений дослідно-виробничий зразок гідравлічного вібраційного модуля з безступеневим регулюванням частоти і амплітуди виконавчого механізму на оболонках високого тиску, який дозволяє реалізувати просторові коливання прес-форми. Експериментально встановлено, що одночасне застосування осьових та крутних коливань приводить до покращення фізико-механічних характеристик виробів з порошкових матеріалів: збільшується однорідність розподілу пористості по обєму заготовки; густина підвищується на 12 - 22%, міцність зростає на 150 - 200% в залежності від механічних та структурних характеристик порошків.

Основний зміст роботи

Проведено детальний аналіз конструктивних схем гідравлічних вібраторів для ущільнення порошкових матеріалів за критеріями експлуатаційної надійності та енергоощадності. Встановлено, що гідравлічні вібратори на оболонках високого тиску надійні в експлуатації і мають великий коефіцієнт корисної дії.

Сформульовані вимоги до гідравлічних вібраторів на підтиснених оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів.

Розроблена конструктивна схема гідравлічного вібраційного модуля на підтиснених оболонках високого тиску, яка за рахунок різних схем підключення оболонок забезпечує просторові коливання прес-форми.

Теоретично та експериментально встановлено, що конструктивні особливості оболонок високого тиску дозволяють їх застосування в якості пружних елементів гідравлічних вібраційних виконавчих механізмів. Несуча здатність пружної оболонки досягається за рахунок попереднього її підтиснення до еліптичного стану.

Розроблені фізичні та математичні моделі вібраційного модуля. Визначено, що процес динамічної роботи гідравлічного вібратора на підтиснених оболонках можливо, з достатньою для практики точністю, оцінити лінійною математичною моделлю.

За допомогою побудованих частотних характеристик визначена наявність в характеристиках жорсткості гідравлічної пружини петлі “швидкісного гістерезіса ”. Апроксимація “швидкого гістерезіса ” по частоті за допомогою гармонійної лінеаризації дала якісне і кількісне співпадання розрахункових та експериментальних значень (похибка 5,3%).

Розроблений дослідно-виробничий зразок гідравлічного вібраційного модуля з безступеневим регулюванням частоти і амплітуди виконавчого механізму на оболонках високого тиску, який дозволяє реалізувати просторові коливання прес-форми.

Експериментально встановлено, що одночасне застосування осьових та крутних коливань приводить до покращення фізико-механічних характеристик виробів з порошкових матеріалів: збільшується однорідність розподілу пористості по обєму заготовки; густина підвищується на 12 - 22%, міцність зростає на 150 - 200% в залежності від механічних та структурних характеристик порошків.

Доведено, що процес ущільнення залежить від історії навантаження. Найбільш раціональною схемою є схема при якій після попереднього підтиснення заготовки накладаються складні коливання на протязі 10 - 15 с. Після чого тиск пресування доводиться до заданого рівня.

Розроблена методика проектного розрахунку вібраційних модулів на оболонках високого тиску для пресування порошкових матеріалів, яка дозволяє створювати конструкції аналогічних пристроїв з заданими характеристиками.

Основні результати і методики впроваджені на ВАТ „ЛПЗ”, яке входить до складу фірми „SKF” та ВАТ “Електротермометрія” і використовуються в навчальних курсах ЛДТУ: “Автоматизовані системи управління експериментом”; “Автоматизований гідро і пневмопривід”; “Маловідходні технології в машинобудуванні”.

Основні положення дисертації викладені в роботах

1. Сомов Д. О., Рудь В.Д., Кузьмін В. А. Дослідження жорсткості і пружних звязків виконавчого механізму обємного гідроприводу на підтиснених оболонках // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). - 1996. - С. 136 - 147.

2. Сомов Д. О. Модуль обємної пружності оболонок високого тиску з металевим обплетенням // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). - 1996. - С. 147 - 160.

3. Сомов Д. А. Экспериментальная установка для вибропрессования // Труды междунар. конф. “Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии”. - Киев. -1997. - С. 156.

4. Сомов Д. А. Экспериментальная установка для вибропрессования // Труды междунар. конф. “Реологічні моделі та процеси деформування пористих і композиційних матеріалів”. - Луцьк. - 1997. - С. 24 - 26.

5. Кузьмін В. О., Рудь В. Д., Сомов Д. О. Динамічні характеристики обємного гідравлічного вібратора з ударно - пружною характеристикою // Збірник доповідей міжнар. конф. “Застосування теорії пластичності в сучасних технологіях обробки тиском”. - Вінниця. - 2001. - С. 74 - 76.

6. Сомов Д. О., Рудь В.Д., Ткачук Ю. Я. Автоматизований контроль параметрів при вібраційному формуванні порошкових матеріалів // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). - 2001. - С. 227 - 233.

7. Сомов Д. О., Кузьмін В. О. Аналіз узагальненої та структурної схеми гідравлічних збуджувачів // Наукові нотатки (Луцький державний технічний університет). - 1995. - С. 7 - 18.

8. Сомов Д. О., Рудь В.Д., Кузьмін В. О. Автоматизований вимірювальний комплекс для контролю процесів вібраційного ущільнення пористих порошкових матеріалів // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету. - 2001. - Вип. 2 (11). - С. 243 - 246.

9. Сомов Д. О. Автоматизований вимірювальний комплекс для дослідження ущільнення порошкових матеріалів при вібраційному пресуванні // Тези першого наукового симпозіуму “Сучасні проблеми інженерної механіки”. - Луцьк: ЛДТУ. - 2000. -С. 48.