Том 24 № 2 2022 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Тимофеев С.П., Гринек А.В., Хуртасенко А.В., Бойчук И.П. Технология механической обработки, цифровое моделирование и реализация устройства для контроля формы крупногабаритных деталей................................................................................................................................................................ 6 Шлыков Е.С., Абляз Т.Р., Муратов К.Р. Теоретическое моделирование процесса промывки межэлектродного пространства при копировально-прошивной электроэрозионной обработки изделий, выполненных из полимерных композитных материалов.................................................................................... 25 Логинов Ю.Н., Шимов Г.В., Бушуева Н.И. Деформации в нестационарной стадии прессования прутка из алюминиевого сплава с малым коэффициентом вытяжки.................................................................... 39 Сундуков С.К. Особенности наложения ультразвуковых колебаний в процессе сварки.......................... 50 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Подгорный Ю.И., Мартынова Т.Г., Скиба В.Ю. К вопросу об ограничении неравномерности движения технологической машины в заданных пределах................................................................................. 67 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Бурков А.А., Кулик М.А., Беля А.В., Крутикова В.О. Электроискровое осаждение порошка диборида хрома на нержавеющую сталь AISI 304........................................................................................ 78 Гуляшинов П.А., Мишигдоржийн У.Л., Улаханов Н.С. Влияние борирования и алитирования на структуру и микротвердость низкоуглеродистых сталей............................................................................... 91 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ Рекомендации по написанию научной статьи ...................................................................................................... 102 Подготовка аннотации ...................................................................................................................................... 107 Правила для авторов ......................................................................................................................................... 111 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 119 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 06.06.2022. Выход в свет 15.06.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 15,0. Уч.-изд. л. 27,9. Изд. № 78. Заказ 189. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 2 2022 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 2 2022 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 24 No. 2 2022 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Timofeev S.P., Grinek A.V., Hurtasenko A.V., Boychuk I.P. Machining technology, digital modelling and shape control device for large parts..................................................................................................................... 6 Shlykov E.S. ,Ablyaz T.R.. Muratov K.R. Theoretical simulation of the process interelectrode space fl ushing during copy-piercing EDM of products made of polymer composite materials................................................ 25 Loginov Yu.N., Shimov G.V., Bushueva N.I. Deformations in the nonstationary stage of aluminum alloy rod extrusion process with a low elongation ratio.............................................................................................. 39 Sundukov S.K. Features of the superposition of ultrasonic vibrations in the welding process........................ 50 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Podgornyj Yu.I., Martynova T.G., Skeeba V.Yu. On the issue of limiting the irregular motion of a technological machinewithin specifi ed limits.................................................................................................... 67 MATERIAL SCIENCE Burkov A.A., Kulik M.A., Belya A.V., Krutikova V.O. Electrospark deposition of chromium diboride powder on stainless steel AISI 304..................................................................................................................... 78 Gulyashinov P.A., Mishigdorzhiyn U.L., Ulakhanov N.S. Infl uence of boriding and aluminizing processes on the structure and properties of low-carbon steels........................................................................ 91 EDITORIALMATERIALS Guidelines for Writing a Scientifi c Paper ............................................................................................................ 102 Abstract requirements ......................................................................................................................................... 107 Rules for authors ................................................................................................................................................. 111 FOUNDERS MATERIALS 119 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 67 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ К вопросу об ограничении неравномерности движения технологической машины в заданных пределах Юрий Подгорный 1, 2, а, *, Татьяна Мартынова 1, b, Вадим Скиба 1, c 1 Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия 2 Новосибирский технологический институт, филиал Московского государственного университета дизайна и технологии, Красный пр., 35 (ул. Потанинская, 5), г. Новосибирск, 630099, Россия a https://orcid.org/0000-0002-1664-5351, pjui@mail.ru, b https://orcid.org/0000-0002-5811-5519, martynova@corp.nstu.ru, c https://orcid.org/0000-0002-8242-2295, skeeba_vadim@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 2 с. 67–77 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.2-67-77 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Неравномерность движения является одной из основных задач динамики механизмов, определение значений которой позволяет выбрать рациональные соотношения между действующими внешними силами, инерционными составляющими механизма и их скоростями. НеравноИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.8, 519.6:539.3 История статьи: Поступила: 14 марта 2022 Рецензирование: 25 апреля 2022 Принята к печати: 15 мая 2022 Доступно онлайн: 15 июня 2022 Ключевые слова: Технологическая машина Коэффициент неравномерности Движущий момент Момент сил сопротивления Момент от сил инерции Технологическая нагрузка Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке в рамках Тематического плана НИР НГТУ по проекту ТП- ПТМ-1_22. Благодарности: Исследования выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнаукой № 13.ЦКП.21.0034, 075-152021-698). АННОТАЦИЯ Введение. Задача регулирования колебаний скоростей для любого механизма имеет существенное значение, так как временной интервал этого движения является рабочим временем, в течение которого выполняется основная технологическая операция. В этом случае может возникнуть вопрос о регулировании скоростей движения как во время разгона, холостого хода машины, так и во время выполнения основной технологической операции. Основным качественным показателем удовлетворительной работы любой машины является коэффициент неравномерности движения, величина которого зависит от отношения максимальной, минимальной и средней скорости движения вала приведения. Особенно остро ставится задача определения коэффициента неравномерности движения машины с учетом характеристики двигателя. В этом случае машину рассматривают как систему, состоящую из одной массы. Упругостью элементов, входящих в машину, пренебрегают. Анализ научной литературы по данному направлению указывает на то, что вопросам исследования неравномерности вращения и ее влияния на динамику механизмов уделено недостаточно внимания, особенного это касается решения уравнений с учетом характеристики двигателя. Целью данной работы является разработка методики, позволяющей определять и регулировать неравномерность вращения вала приведения с учетом характеристики двигателя, сил полезного сопротивления и инерции масс механизма. Актуальность исследования обусловлена отсутствием единой методики, позволяющей регулировать неравномерность вращения вала приведения на стадии проектирования механизмов подобного типа. Теория и методы. Для определения уравнения движения машины в дифференциальной форме предлагается использовать уравнение Лагранжа второго рода. Математическое моделирование проводилось с использованием пакетов прикладных программ Mathcad и КОМПАС-3D. Результаты и обсуждение. Представлена методика, позволяющая регулировать неравномерность вращения вала. Для определения величины коэффициента неравномерности средствами CAE системы Mathcad определены его значения, а также выявлены закономерности изменения данных показателей при суммарных значениях эксплуатации, находящихся в пределах 22…46 Н·м. Анализ результатов проведенных расчетов указывает на то, что коэффициент неравномерности вращения вала приведения составляет 0,101. Предусмотрена возможность изменения этого коэффициента за счет коррекции приведенного момента инерции введением дополнительного маховика или изменением вращающего момента вала электродвигателя. Полученные результаты исследований позволили выработать конкретные рекомендации по модернизации конструкций приводов машин, предназначенных для перемешивания сыпучих материалов, и наметить пути дальнейших исследований в этом направлении. Для цитирования: Подгорный Ю.И., Мартынова Т.Г., Скиба В.Ю. К вопросу об ограничении неравномерности движения технологической машины в заданных пределах // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 2. – С. 67–77. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.2-67-77. ______ *Адрес для переписки Подгорный Юрий Ильич, д.т.н., профессор Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, 630073, Россия Тел.:+7 (383) 346-17-79, e-mail: pjui@mail.ru
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 68 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ мерность движения вала приведения машины (главного вала) возникает при непостоянстве создаваемого двигателем момента или переменности момента полезных сопротивлений [1 – 11]. Все больший интерес в практике проектирования машин для перемешивания сыпучих материалов уделяется приводам с неравномерным движением рабочего органа. Это обусловлено тем, что в данном случае обеспечивается укорачивание всей кинематической цепи привода, и одновременно с этим происходит улучшение качества перемешиваемого продукта вследствие ликвидации мертвых зон при перемешивании указанного вида продукта [4–7, 9, 10, 12–20]. Задача о регулировании колебаний скоростей для любого механизма имеет существенное значение, так как временной интервал этого движения является рабочим временем, в течение которого выполняется основная технологическая операция – перемешивание сыпучего продукта [21–23]. В этом случае может возникнуть вопрос о регулировании скоростей движения как во время холостого хода машины, так и во время выполнения основной технологической операции. Структура устройства может включать в себя различные виды механизмов, в том числе рычажного типа, кулачковых, зубчатых, а также кулачково-зубчато-рычажных, механизмов с эллиптическими колесами, дифференциальных и др. В данной статье авторы предлагают конструкцию устройства, в приводе которого предусмотрена планетарная передача. Применение такого привода позволит увеличить производительность оборудования, его технико-экономическую эффективность, что, в свою очередь, будет способствовать повышению конкурентоспособности вновь проектируемых машин. При синтезе механизмов такого типа на стадии проектирования приводов необходимо знать амплитуды колебаний скоростей приводного вала как за время разгона этой машины, так и во время установившегося движения [24–27]. Выявление закономерностей изменения скоростей вала приведения позволит определять коэффициенты неравномерности его вращения и активно внедряться в процесс проектирования машины, производя его регулирование с помощью рационального размещения инерционно-массовых составляющих проектируемого изделия и правильно задавая величину и закономерность изменения технологической нагрузки. Анализ научной литературы по данному направлению указывает на то, что вопросам исследования неравномерности вращения и ее влияния на динамику механизмов уделено недостаточно внимания, особенного это касается решения уравнений с учетом характеристики двигателя [1–10, 12, 14, 15, 17–22, 24–27]. Регулирование работы приводных устройств машин для перемешивания сыпучих материалов между притоком энергии и ее расходом для преодоления внешних сопротивлений может иметь разные цели, в том числе и сохранение определенной производительности [24–27]. При определении моментов инерции маховых масс (маховиков) при заданной наибольшей неравномерности хода машины обычно пользуются графоаналитическими методами в связи с тем, что трудно аналитически выразить механические характеристики двигателя [6–10, 14–17]. Обычно движущие моменты задают в виде произвольной функции угла поворота или принимают их значения в виде постоянной величины. В этом случае отсутствует возможность учесть обратную связь, т. е. влияние величины внешнего сопротивления на скорость движения ведущего звена и, как следствие, на величину неравномерности движения вала приведения [16–22, 23–27]. Приведенные моменты инерции машины могут быть постоянными или зависящими от положения ведущего звена. Для широкого класса механизмов машин основные силовые и кинематические характеристики зависят от функций положения ведущего звена [1 – 11], в том числе и в рассматриваемом случае. В большинстве задач кинематического анализа механизмов предполагается, что ведущее звено движется с постоянной скоростью. Однако такое предположение можно отнести только к механизмам, имеющим постоянный момент инерции (приведенный). Сложнее дело обстоит с приведенными силами инерции. Они практически могут быть постоянными только для тел, имеющих координаты центров на оси вращения [5 – 14, 17 – 20]. Целью данной работы является разработка методики, позволяющей определять и регулировать неравномерность вращения вала приведения с учетом характеристики двигателя, сил
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 2 2022 69 EQUIPMENT. INSTRUMENTS полезного сопротивления и инерции масс механизма. Актуальность исследования обусловлена отсутствием единой методики, позволяющей регулировать неравномерность вращения вала приведения на стадии проектирования механизмов подобного типа. Теория и методы Предполагается рассмотреть приведенную модель механизма на примере пищевой машины, предназначенной для перемешивания сыпучего материала, у которой моменты от сил сопротивления, сил инерции и моменты инерции масс зависят от угла поворота ведущего звена (вала приведения), а в приводе предусмотрен асинхронный электрический двигатель (см. схему, представленную на рис. 1). Разработка математической модели осуществлялась средствами программного продукта Mathcad при непосредственном использовании системы автоматизированного проектирования Компас 3D. Характер изменения технологической нагрузки, действующей на рабочие валы устройства, показан ранее в работе [25]. В настоящей работе представлены только значения и характер приведенных моментов этих сил к главному валу устройства. В нашем случае они представлены в виде выражения ( ) 24 12 cos(2 / 16 ) c M , а момент движущих сил – в виде параболы 2 d d M A B dt , где 2 2 0 ; m m M A 2 0 2 2 0 . m m M B Максимальное значение суммарного момента сил полезного сопротивления и момента от сил инерции составило 46 Н·м, минимальное – 22 Н·м, они зависят от угла разворота лопаток месильных валов. Принцип работы устройства подробно изложен в [24–27]. В настоящей работе приводится математическая модель устройства, где введены следующие обзначения: момент инерции ротора обозначен как JEM; момент инерции шкива ведущего – J1; момент инерции шкива ведомого – J2; моменты инерции шестерен – J3, J4, J5, J6, J8, J9, J10, J11, момент инерции водила – J7. Валы, передающие движение от двигателя к рабочим валам, обозначены – a, b, c, d, e, f. Предлагается определять уравнение движения машины, используя уравнение Лагранжа второго рода, которое в нашем случае будет иметь следующий вид: 2 2 2 1 2 d c d d dJ J M M dt dt d , (1) где J – приведенный момент инерции; – обобщенные координаты системы; Мd – движущий момент; Mc – момент сопротивления. Рис. 1. Кинематическая схема и математическая модель конструкции машины, включающей эпициклическую передачу Fig. 1. Kinematic diagram and mathematical model of the kneader design that includes an epicyclic gearing
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 70 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Момент движущих сил определяется формулой 2 , m d m m M M (2) где J – приведенный момент инерции; – скольжение, соответствующее значению ; d Ì m – скольжение, соответствующее значению m Ì ; m Ì – максимальный (опрокидывающий момент). В формуле (1) величину d Ì заменим выражением, описывающим параболу, тогда получим 2 d d M A B dt , (3) где 2 2 0 m m M A ; 2 0 2 2 0 m m M B , (4) здесь 0 и m – угловые скорости приведенной массы системы, соответствующие 0 d Ì и . d m Ì M Тогда выражение (1) можно записать в следующем виде: 2 2 1 2 c d dJ J A B M dt d , (5) где d dt . Разделив все члены уравнения (5) на d dt и преобразовав его, получим: 1 2 0 c dJ A d M B d d J J . (6) Заменим ω2 = u, получим: 2 ( ) 2 ( ) du uf q d , (7) где 1 2 ( ) dJ A d f J ; ( ) c M B q J . При начальных условиях, когда 0 t и 2 0, u решение имеет следующий вид: 0 0 2 ( ) 2 ( ) 2 0 0 2 ( ) . f d f d e q e d (8) Для определения момента инерции маховика примем следующее допущение: m J J 0 const J , где m J – приведенный момент инерции маховика; 0 J – приведенный момент инерции месильной машины. Момент от сил сопротивления будем рассматривать в виде 1 2 sin c M M M n , где 1 M – постоянная часть приведенного момента полезных сопротивлений; M2 – максимальное значение переменной части момента; n – кратность переменной составляющей в пределах одного оборота. Так как J = const, то ( ) A f J ; 1 2 sin ( ) M M n B q J . Тогда угловая скорость определится как 0 0 2 2 1 2 2 0 0 sin 2 . A d J A d J e M M n B e d J (9) Проинтегрировав выражения под знаком корня, получим: 1 2 3 2 2 2 0 2 2 1 1 1 2 4 D D D n D e D D D n 3 1 2 2 2 1 1 2 cos 2 sin 4 D n n D n D D D n , (10) где 1 2 2 0 m m M D J ; 2 2 2 1 0 0 2 2 2 0 m m m M M D J ; 2 3 M D J .
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 2 2022 71 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Предположим, что установившееся движение наступает при , стремящемся к бесконечности, тогда выражение (10) примет вид 2 3 1 2 2 1 1 2 ( cos 2 sin ) 4 D D n n D n D D n , (11) откуда 2 3 max 2 2 1 1 2 4 D D D D n ; (12) 2 3 min 2 2 1 1 2 4 D D D D n . Полученные выражения (12) подставим в формулу для определения неравномерности движения вала приведения, которая представляет собой следующее выражение: max min max min 2 . (13) Результаты и обсуждения В связи с поставленной целью необходимо было определиться с основными характеристиками двигателя, в число которых для рассматриваемого случая входят: Мd – момент движущихся сил, Мm – максимальный (опрокидывпающий момент); угловые скорости ω0 = 145 с –1 и ω m = = 36 с–1, соответствующие M d = 0 и Md = Мm = = 158 Н·м. Все эти параметры представлены в виде графика, изображенного на рис. 2, где сплошной линией показана характеристика двигателя, а штриховой – парабола, описываемая выражением (3), в котором A и B определены по условию прохождения параболы через начало координат и точку О, соответствующую пересечению параболы с кривой асинхронного двигателя. Момент от сил полезных сопротивлений, приведенный к главному валу (валу приведения), представлен в виде графика, изображенного на рис. 3. В соответствии с ранее полученными данными, представленными в [24–27], средний приведенный момент инерции всех масс машины к главному валу (валу приведения) составляет J = 0,323 кг·м2. По формуле (11) расчитали знаРис. 2. График асинхронного двигателя и его особые точки Fig. 2. Graph of an asynchronous motor and its special points чения скорости вращения вала приведения. Результаты расчетов показаны на рис. 4. Для рассматриваемого случая неравномерность вращения вала приведения составила 0,085 при максималной скорости вращения, равной ωmax = 145·с –1, и минимальной скороси ωmin = 133,2·с –1. Анализируя формулу (13) и зависимости для D1, D2 и D3, приходим к заключению, что коэффициент неравномерности δ определяется отношением максимальной, минимальной и средней скорости вращения вала приведения. Скорости вращения, в свою очередь, зависят от величины приведенного момента инерции и движущего момента. В связи с этим нами были проведены исследования в части изменения неравномерности вращения от величины приведенного момента инерции и величины движущего момента. В первом случае изменение величины неравномерности движения представлены на рис. 5, а для второго случае – на рис. 6. Выводы Представлена методика определения коэффициента неравномерности вращения вала приведения машины, имеющей в приводе месильных валов эпициклическую передачу с кулисой, включающая: – математическую модель механизма, позволяющую проводить расчет скорости движения вала приведения. Так, для рассматриваемого случая максимальная скорость составила
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 72 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Рис. 4. Скорости в зависимости от оборотов вала приведения Fig. 4. Speed depending on the revolutions of the drive shaft Рис. 6. График изменения величины неравномерности вращения от величины вращающего момента Fig. 6. A graph of the change in the value of the rotation irregularity depending on the value of the torque Рис. 5. График изменения величины неравномерности вращения от величины момента инерции массы Fig. 5. A graph of the change in the value of the rotation irregularity depending on the mass moment of inertia Рис. 3. Момент сопротивления, приведенный к главному валу (валу приведения) Fig. 3. The moment of resistance, reduced to the main (modifi ed) shaft ωmax = 145 c –1, а минимальная – ω min = 133,2 с –1. Коэффициент неравномерности вращения вала приведения δ = 0,101; – намечена перспектива улучшения динамических характеристик машины путем изменения коэффициента неравномерности в сторону уменьшения за счет введения дополнительной маховой массы, размещенной на валу приведения. Так, введение дополнительного момента инерции массы до 0,177 кг·м2 позволит довести значение неравномерности вращения вала приведения до 0,06, что соответствует требованиям, предъявляемым к этому типу машин; – определен характер и величина изменения технологической и инерционной нагрузок, действующих на рабочие валы устройства, и представлены их значения и характер с учетом приведения к главному валу (валу приведения) машины; – определена закономерность изменения моментов от сил инерции и технологического сопротивления, которое можно выразить следующей общей зависимостью: ( ) 24 12 cos(2 / 16 ) c M .
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1