Статья опубликована в рамках: LXXIII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 17 января 2019 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Машиностроение

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Щеглова О.Е. МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ «ПЕРЕПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР» С ЦЕЛЬЮ ПРИМЕНЕНИЯ В ИЗМЕНИВШИХСЯ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXXIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 1(72). URL: https://sibac.info/archive/technic/1(72).pdf (дата обращения: 24.09.2019)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 1 голос
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ «ПЕРЕПУСКНОЙ КОЛЛЕКТОР» С ЦЕЛЬЮ ПРИМЕНЕНИЯ В ИЗМЕНИВШИХСЯ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Щеглова Олеся Евгеньевна

магистрант Арзамасского политехнического института

РФ, г. Арзамас

Научный руководитель Рябикина Татьяна Владимировна

канд. тех. наук, доцент Арзамасского политехнического института

РФ, г. Арзамас

АННОТАЦИЯ

Двигатели разного назначения и устройства широко применяются в современном производстве в составе различных установок. В состав двигателей входят высокоточные детали несущие различные нагрузки. В современной промышленности все больше используется инновационных технологий, что требует интенсификация режимов и условий работы установок, и модернизацию двигателей. Одной из деталей подвергающейся модернизации является «Перепускной коллектор». Полученные результаты показали эффективность модернизации данной детали.

Ключевые слова: Двигатель; коллектор; датчик; отказ; установка.

 

В современном машино- и приборостроении широко используются различные устройства типа «двигатель». Они преобразования различных видов энергии в разнообразные виды движения. Существуют различные виды двигателей необходимых для функционирования и использования различных исследовательских установок [1, с. 7].

На базовом предприятии проводятся исследования по влиянию излучений на свойства материалов [2, с 50].

В результате были разработаны и используются электрофизические установки предназначенные для моделирования в лабораторных условиях воздействия излучения на различные объекты специального назначения.

Во все эти установки входит спец. изделие «Двигатель». Она состоит из большого числа деталей. В настоящей работе рассматриваются вопросы обеспечения работоспособности спец. изделия «Двигатель» в изменившихся условиях, на базе модернизации конструкции детали «Перепускной коллектор».

Деталь имеет название «Перепускной коллектор», является главной составной частью сборки спец. изделия «Двигатель». Она является корпусом для перепускного клапана дроссельной заслонки и датчиков положения дроссельной заслонки.

«Перепускной коллектор» состоит из тела вращения и призмы, с пазами и отверстиями, необходимыми для крепления датчиков, установки детали в сборочное изделие и соединения с трубопроводом.

В результате проведенных исследований и испытаний с использованием спец. комплекса, куда входит спец. изделие «Двигатель» заказчиком принято решение повысить мощность спец. комплекса.

Основные требования коснулись обеспечения постоянной  более низкой температуры носителей газовой (с -4 до -20+0,5 оС) и водяной (с 20 до 3+1оС) изоляции и их более высокого давления развиваемое при помощи спец. изделия «Двигатель» (с 10 до 17+0,2 атм.  в режиме холостого хода и с 12 до 20 атм. в аварийном режиме) [3, с. 114].

Указанное решение потребовало провести изменения конструкции обеспечивающих систем установки. При этом возросла частота вращения выходного вала спец.изделия «Двигатель» с 400 до 800 мин-1. Дополнительным условием установленным заказчиком явилось сохранение после  модернизации габаритных размеров и массы  спец.изделия «Двигатель», а также его ресурса, эксплуатационных и прочностных характеристик деталей в него входящих. Не посредственно это оказало влияние на конструкцию детали «Перепускной коллектор» входящей в спец. изделие «Двигатель». Деталь «Перепускной коллектор» изготавливается из титанового сплава ВТ6 ГОСТ 19807-91[4, с.2].

Испытания спец. изделия «Двигатель» показало возросшее число отказов при изменившихся условиях эксплуатации.

Испытания проводились следующим образом. После 10-и включений спец. изделие «Двигатель» в управляемом режиме изменялось давление газа носителя от 15 до 20 атм. с температурой -20+0,5 оС.

Во время испытаний собранного изделия при увеличении частоты вращения выходного вала спец. изделия «Двигатель» до 800 мин-1 и давлении в магистрали сжатого газа 18 атм. (1,83 МПа) наблюдалось возрастание шума и уровня вибраций (386 изделий в партии из 500 шт). При давлении до 10 атм. повышения шума и вибрации не наблюдалось.

При проверке на испытательном стенде наблюдались перебои работы двигателя. Пе­ребои не возникали в каждом цикле устойчиво рабо­тающего двигателя. Двигатель работал с частотой вращения 1000 мин-1 и при полной нагрузке (давление 20 атм.). Все в каждом изделии наблюдались перебои (500 изделий в партии из 500 шт). Анализ факторов, вызывающих перебои в работе спец. изделия «Двигатель» осуществлялся при помощи программы MATLAB 9.3 R2018b по методике [5, с. 48].

Для обнаружения источника перебойных циклов поочередно выводились из исходного положения различные элементы спец. изделия «Двигатель». Таким методом было выявлено, что одним из источников перебойных циклов являются погрешности в установке датчиков управления двигателем, а именно поворот датчиков от исходного положения, а также погрешность глубины их установки в отверстиях детали «Перепускной коллектор». При погрешностях в установке датчиков блок управления спец. изделия «Двигатель» получал искаженную информацию о положении дроссельной заслонки, что приводило к появлению перебойных циклов. Это вызывало появление амплитуд перебоев при давлении от 1,2 до 2 МПа (12…20 атм). Кроме того, причиной появления перебойных циклов стал процесс кавитации, возникающий при повышении рабочего давления в полости детали «Перепускной клапан». Появление кавитации произошло по причине увеличения давления в полости детали «Перепускной клапан», и изменении скорости протекания потока. При прохождении жидкости через полость паза происходит изменения давления и возникновения кавитации. Жидкость попадает из полости с сечением 30 мм в полость имеющую размер в сечении 17 мм, давление жидкости резко возрастает, а её скорость увеличивается. Соударение для этого случая определяется как для нормального соударения под углом 90о.  Затем жидкость попадает в полость с размером в сечении 26 мм у всех сечений паза одинаковая ширина 8,2 мм. В данной конструкции паза имеет место случая плохо обтекаемых тел, обладающих острыми кромками, поэтому формирование струйного вида кавитации происходит очень быстро. Расчет выполнялся на лагранжево-эйлеровых сетках (ALE) объемных восьмиузловых построенных в препроцессоре Prep7 ANSYS Mechanical APDL 14.5 с помощью решателя LS-DYNA 3D v.971 R6.

При подаче рабочего газа к спец. изделию «Двигатель» наблюдалось падение его давления. При этом отмечалось скачкообразное падение давления при повышении давления выше 17 атм. (1,722МПа). Ультразвуковой детектор утечек - LD 500 / 510 показал, что в местах соединения трубок подачи газа с деталями спец. изделия «Двигатель» наблюдаются утечки рабочего газа (224 изделия в партии из 500 шт). Это связано с применением в качестве уплотнителя фторопластовой ленты Ф-4ПН 0,2х20 ГОСТ 24222-80. Анализ показал, что качество уплотнения зависит от качества изготовления ленты, а также качеством намотки её сборщиком.

Заказчик указал также на необходимость фиксации информацию о состоянии спец. изделия «Двигатель», его настройках, изменениях регламентных работах, в том числе и в узле куда входит деталь «Перепускной коллектор». Так же необходимо ограничить спец. изделие от несанкционированного вскрытия. Для этого в конструкции детали «Перепускной коллектор» должен быть предусмотрен элемент позволяющий опломбировать узел.

Указанные изменения параметров спец. установки потребовали изменения конструкции спец.изделия «Двигатель», а также детали «Перепускной коллектор» для работы новых условиях эксплуатации.

Были проведены следующие мероприятия по модернизации детали «Перепускной коллектор».

1. Добавлены крепежные фланцы с двумя отверстиями в каждом с целью повышения надежности сопряжения детали «Перепускной коллектор» с основным корпусом спец. изделия «Двигатель». До модернизации сопряжение осуществлялось при помощи спец. гаек, или при помощи промежуточной разборной детали. Такое решение повысило точность позиционирования детали «Перепускной коллектор» и прочность сопряжения, снизило вероятность появления брака при сборке изделия.

2. На торцах детали изготовлена канавка, обеспечивающая более высокое качество герметизации при сопряжении детали «Перепускной коллектор» с трубками, через которые подается сжатый газ под давлением 15-20 атм. Трубки крепятся с помощью спецгаек, которые наворачиваются на резьбу М20. Для герметизации соединения использована уплотнительная прокладка, которая располагается в канавке торца детали. До модернизации уплотнение осуществлялось с помощью фторопластовой ленты Ф-4ПН 0,2х20 ГОСТ 24222-80, что вызывало частую разгерметизацию соединения при перепадах давления. Указанные мероприятия показаны на ЗD модели детали (рисунок 2)

3. Была заменена конструкция датчика, что потребовало изменения в конструкции детали. В отверстиях диаметром 4Н10 выполнен паз шириной 2+0,04 мм с размером 3+0,14 мм от оси отверстия. Пазы в отверстиях необходимы для однозначной установки датчиков. Также выполнены 2 группы по два резьбовых отверстия М2 глубиной 4 мм для закрепления этих датчиков.

 

1 – торец детали, 2 – резьба, 3 – канавка, 4 – фланец, 5 – отверстия фланца.

Рисунок 2. ЗD модель детали «Перепускной коллектор», показывающая модернизацию по п. 1 и п. 2

 

До модернизации датчики закреплялись в детали «Перепускной коллектор» при помощи герметика УТ-34 ГОСТ 24285-80. При установке датчиков с использованием герметика наблюдалась неточность его установки в   детали «Перепускной коллектор», а также выдавливание датчика из посадочного отверстия при перепадах давления. Указанные мероприятия показаны на ЗD модели детали (рисунок 3).

4. Для установки пломб после сборки спец. изделия «Двигатель» в детали «Перепускной коллектор» выполнено отверстие диаметром 1,5 мм. Указанное изменение выполнено по требованию заказчика, с целью обеспечения комплектности, заводских настроек и работоспособности спец. изделия «Двигатель».

5. Изменена конструкция паза. Так как возник процесс кавитации при повышении рабочего давления в полости детали «Перепускной коллектор». Появление кавитации произошло по причине увеличения давления в полости детали «Перепускной коллектор», и изменении плотности и состава газа.

 

8 – резьбовые отверстия для фиксации датчика новой конструкции, 9 – паз необходимый для однозначной установки датчика, 10 – рабочая зона клапана перепускного коллектора, 11 – отверстия для установки пломб после сборки изделия.

Рисунок 3 - ЗD модель детали «Перепускной коллектор», показывающая модернизацию по п.3 – 5

 

В соответствии с изменениями конструкции детали «Перепускной коллектор» был разработан технологический процесс её изготовления. Разработана специальная технологическая оснастка для обработки модернизированной детали «Перепускной коллектор».

Проведены сравнительные испытания спец. изделия «Двигатель» с деталями «Перепускной коллектор» до и после модернизации, которые подтвердили эффективность проведенных мероприятий и снижение числа отказов. При этом были достигнуты заданные характеристики работы спец. изделия «Двигатель»: частота вращения выходного вала 800 мин-1, максимальное давление, развиваемое установкой 2 МПа. При этом особо стоит отметить, что при модернизации удалось сохранить размеры и даже немного уменьшить массу детали «Перепускной коллектор» за счет изменения конструкции паза и внедрения уплотнения на основе специальной прокладки.

 

Список литературы:

  1. Москаленко В.В. Электродвигатели специального назначения. В.В.  Москаленко; М.: Энергоиздат, 1991. - 104 с.: ил.
  2. Пунин В.Т., Завьялов Н.В., Басманов В.Ф. и др. Результаты экспериментальных исследований некоторых режимов работы сильноточного импульсного ускорителя электронов «Гамма-1». // XII научные Харитоновские чтения по проблемам физики высоких плотностей энергии 19 – 23 апреля 2010 г. (сборник докладов). Саров: Изд-во РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2010. С. 49 – 54.
  3. Гордеев В.С., Гришин А.В., Назаренко С.Т. и др. Результаты экспериментальных исследований системы передачи энергии типового модуля установки «Гамма». // XIV Харитоновские тематические научные чтения. Мощная импульсная электрофизика. 12 – 16 марта 2012 г. (сборник докладов). Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». 2012. С. 112 – 116.
  4. ГОСТ 19807-91. Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки. Цветные металлы. Кремний, магний, кадмий, титан. Технические условия. Марки: Сб. ГОСТов. -М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.
  5. Стоцкий А.А. Статистический подход к обнаружению перебоев в работе двигателя внутреннего сгорания [Текст]/ А.А. Стоцкий// Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2008. № 12. С. 47-52. http://elibrary.ru/item.asp?id=12599816.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 1 голос
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий