The impact that an additional unit included in the design of the stone-splitting plant to ensure local concentration of destruction centre makes on reliability of this plant has been analyzed.


Область наук:
  • Механіка і машинобудування
  • Рік видавництва: 2007
    Журнал: Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету

    Наукова стаття на тему 'Аналіз надійності Каменекольні верстатів з локальної концентрацією вогнищ руйнування'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз надійності Каменекольні верстатів з локальної концентрацією вогнищ руйнування»

    ?УДК 679.85

    АНАЛІЗ НАДІЙНОСТІ Каменекольні верстати З ЛОКАЛЬНОЇ КОНЦЕНТРАЦІЄЮ ОСЕРЕДКІВ РУЙНУВАННЯ

    В.А. Пенчук, професор, д. Т. Н., А.Н. Клен, асистент, ДонНАБА

    Анотація. Аналізується вплив додаткового вузла, введеного в конструкцію каменекольного верстата для забезпечення локальної концентрації вогнищ руйнування, на надійність цього верстата.

    Ключові слова: Каменекольні верстат, надійність.

    Вступ

    Спосіб руйнування кам'яних матеріалів сколом при локальної концентрації вогнищ руйнування забезпечується, якщо в конструкції робочого органу каменекольного верстата є пружний елемент (рис. 1, б). Зовнішня навантаження в цьому випадку розподіляється по довжині зразка нерівномірно, і граничні напруги створюються локально, в деякому вогнищі [1]. Утворюється початкова магістральна тріщина, необхідна траєкторія розвитку якої підтримується полем стискають напруг, менших за своєю величиною граничних. При такій схемі навантаження відбувається зменшення до 40% загальної зовнішньої навантаження, необхідної для руйнування зразка, в порівнянні з традиційною схемою навантаження, коли граничні напруги створюються одночасно по всій лінії розколу (рис. 1, а).

    а б

    1 / й \ з

    Мал. 1. Схема робочого органу каменекольного верстата: а - при рівномірному розподілі зовнішнього навантаження; б - при локальної концентрації вогнищ руйнування; 1 - нижня плита; 2 - верхня плита; 3 - шарнір; 4 - пружний елемент

    Введення додаткового пружного елемента ускладнює конструкцію каменекольного

    верстата, що може привести до зниження його надійності.

    Подібне твердження справедливо лише в тому випадку, коли додавання нового елемента не впливає на надійність елементів, вже наявних в системі (Каменекольні верстаті). В даному ж випадку існують передумови до того, що зниження діючих навантажень (напруг) сприятливо позначається на надійності окремих елементів і системи в цілому.

    Мета і постановка задачі

    Метою статті є обґрунтування доцільності застосування нового технічного рішення (Каменекольні верстатів з локальної концентрацією вогнищ руйнування) з точки зору надійності. Для цього необхідно провести порівняльний аналіз існуючих технічних рішень і пропонованого.

    аналіз публікацій

    Аналіз надійності проводився на основі стандартних методик, викладених у роботах

    [2 - 4].

    Визначення надійності Каменекольні верстатів з локальної концентрацією вогнищ руйнування

    На рис. 2 представлені структурні схеми каменекольного верстата при рівномірному розподілі зовнішнього навантаження і при локальної концентрації вогнищ руйнування. У пер-

    вом випадку система складається з одного елемента ( «рама + робочий орган»), у другому -з двох, з'єднаних послідовно ( «рама + робочий орган» і «пружний елемент»).

    Оцінку надійності будемо здійснювати на основі ймовірності безвідмовної роботи Рс. Визначимо ймовірність безвідмовної роботи для обох систем, зображених на рис. 2. При цьому схему рис. 2, а приймемо за базовий варіант (БТ), а рис. 2, б - за варіант нової техніки (НТ). тоді

    pbi _ Р ь

    г З Г 1

    Р НТ _ p НТ Р Н J Г З Г1 2

    (1)

    (2)

    де РБТ - ймовірність безвідмовної роботи БТ;

    - ймовірність безвідмовної роботи першого елемента НТ; Р2НТ - ймовірність безвідмовної роботи другого елементу НТ.

    а б

    Мал. 2. Структурна схема каменекольного верстата: а - при рівномірному розподілі зовнішнього навантаження; б - при локальної концентрації вогнищ руйнування

    Імовірність безвідмовної роботи залежить від безлічі факторів: характеру програми та розподілу навантаження, наявності конструктивних і технологічних дефектів, умов експлуатації і т.д.

    Обмежимося розглядом відмов, обумовлених втомою (У) і зносом (І) елементів системи. Тоді формули (1) і (2) перетворюються до вигляду

    рЬТ _ Р БТ Р БТ Г С - * 1У -ми

    (3)

    Рс = 0,5 [1Ф () g,] (5)

    де Ф (у) - функція Лапласа для величини

    ^ N / N0 - k

    g =

    (6)

    де N / No - відношення дійсного числа циклів до руйнування до базового; m - поправочний коефіцієнт, що залежить від властивостей матеріалу, розмірів, форми і технології виготовлення елемента, характеру режиму навантаження і т.д .; до - коефіцієнт запасу по втоми; J з - коефіцієнт варіації межі витривалості матеріалу, в розрахунках приймається 0,1.

    У свою чергу, ставлення N / No залежить від того, у скільки разів амплітуда напружень в елементі про, перевершує межа витривалості 0 -1

    N про

    m

    V

    N

    про ,

    (7)

    Аналіз формул (5) - (7) показує, що при зниженні зовнішнього навантаження, а отже і внутрішньої напруги, ймовірність безвідмовної роботи у нового технічного рішення підвищується в порівнянні з базовим.

    Знос виникає в результаті контакту ножовий системи з високоміцних і абразивним матеріалом - каменем. При визначенні ймовірності безвідмовної роботи в разі зносу можна скористатися формулою

    P (t) = К1 + 11 +

    (11) 2 (103 щ

    2

    6

    (8)

    де t - поточний час (від початку експлуатації до заданого значення, коли визначається ймовірність безвідмовної роботи); X -характеристика інтенсивності відмов, визначається виразом:

    РНТ _ РНТ РНТ РНТ РНТ З 1У 1І 2У 2И

    (4)

    Явище втоми полягає в перевищенні напруги, що виникає в елементах системи, певної межі витривалості. Імовірність безвідмовної роботи в цьому випадку визначається формулою

    про t

    (9)

    де t - середній ресурс елемента системи; о, - середньоквадратичне відхилення ресурсу.

    У свою чергу, ресурс залежить від швидкості зношування /

    11

    t =

    A h

    (10)

    де АІ - величина граничного зносу. Для елементів типу «ніж», «зуби» і т.п. спостерігається лінійна залежність зносу в часі.

    Швидкість зношування можна представити у вигляді:

    aN "

    г =

    Sk, '

    (11)

    де а - коефіцієнт зносу (коефіцієнт пропорційності), Дтр - потужність тертя; - площа контакту тертьових елементів; ^ - коефіцієнт запасу зносостійкості.

    Зменшення зусиль в зоні контакту ножовий системи з каменем знижує потужність тертя Др. Тоді, відповідно до рівняння (11) знижується швидкість зношування, а отже підвищується ресурс t для НТ за формулою (10). У свою чергу, ця обставина призводить до збільшення ймовірності безвідмовної роботи для НТ в порівнянні з БТ при одному і тому ж часу до граничного зносу.

    На підставі наведених формул в табл. 1 дана порівняльна характеристика нової техніки в порівнянні з базовою для надійності, оціненої показником ймовірності безвідмовної роботи.

    висновки

    За результатами табл. 1 можна зробити висновок: незважаючи на збільшення елементів в структурній схемі нового технічного рішення (каменекольного верстата з локальної концентрацією вогнищ руйнування), його надійність в порівнянні з базовим варіантом незначно збільшується за рахунок зниження діючих в системі навантажень (напруг).

    Таблиця 1 Порівняльна характеристика нової техніки і базового варіанту на основі ймовірності безвідмовної роботи

    Відносний показник Позначення Показник,%

    Імовірність безвідмовної роботи по втоми для першого елемента РНТ / РБТ 1У 1У 125

    Імовірність безвідмовної роботи по втоми для другого елементу РНТ / РБТ 1 2У '1 2У 75

    Імовірність безвідмовної роботи по зносу для першого елемента РНТ / РБТ 1 1І '1 1І 140

    Імовірність безвідмовної роботи по зносу для другого елементу РНТ / РБТ 1 2И '1 2И 80

    Загальна ймовірність безвідмовної роботи РНТ / РБТ ГС 'ГС 105

    Примітка: ймовірності Р2БУ і Р ^ для зіставлення прийняті рівними одиниці.

    література

    1. Пенчук В.О. Кльон А.М. Cnoci6 спрямова-

    ного розкол каменя / Патент Украши №74930 С2, B28D 1/00, Бюл. №2, 2006.

    2. Федоров Д.І., Бондарович Б.А. Надеж-

    ність робочого обладнання землерийних машин. - М .: Машинобудування, 1981. - 280 с.

    3. Хазов Б.Ф., Дідусев Б.А. довідник по

    розрахунку надійності машин на стадії проектування. - М .: Машинобудування, 1986. - 224 с.

    4. Кириченко 1.Г., Назаров Л.В., Кчке В.В.

    та ш. Науковi основи создания Високоефективний землерійно-

    транспортних машин. - Харюв: ХНАДУ, 2003. - 588 с.

    Рецензент: В.В. Ничке, професор, д.т.н., ХНАДУ.

    Стаття надійшла до редакції 6 травня 2007 р.


    Ключові слова: Каменекольні верстат / надійність

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити