Рідинний енергопривід для установок імпульсної металообробки з вільним поршнем

22

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського ”ХАІ”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

РІДИННИЙ ЕНЕРГОПРИВІД ДЛЯ УСТАНОВОК ІМПУЛЬСНОЇ МЕТАЛООБРОБКИ З ВІЛЬНИМ ПОРШНЕМ

Спеціальність 05.03. 05 - Процеси та машини обробки тиском

ЄЛІСЕЄВ Сергій Володимирович

УДК 621.7. 044

Харків - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Державному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського ”ХАІ” Міністерства освіти України.

Науковий керівник: д.т.н., професор Борисевич Володимир Карпович, кафедра технології авіадвигунобудування Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського ”ХАІ”, професор.

Офіційні опоненти: д.т.н., професор Мовшович Олександр Якович, Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування, заст. директора;

к.т.н., доцент Кузьменко Віктор Іванович, кафедра обробки металів тиском Харківського державного політехнічного університету, доцент.

Провідна установа: Донбаська державна машинобудівна академія, Міністерство освіти України, м. Краматорськ.

Захист відбудеться ”25” лютого 2000 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.04 Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського ”ХАІ” за адресою: м. Харків, вул. Чкалова, 17.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського ”ХАІ” за адресою: м. Харків, вул. Чкалова, 17.

Автореферат розісланий ”24” січня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Корнілов Г.Л.

Анотація

енергопривід імпульсний металообробка термодинамічний

Єлісеєв С.В. Рідинний енергопривід для установок імпульсної металообробки з вільним поршнем. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - процеси та машини обробки тиском. Державний аерокосмічний університет ”ХАІ”, Харків, 1999.

Дисертацію присвячено питанням розробки обладнання для імпульсної металообробки. В дисертації пропонується принципово новий тип енергоприводу для установок імпульсної металообробки з вільним поршнем (прес-гармат), який використовує енергію, що запасається перегрітою рідиною (водою). На основі розробленої моделі розгону поршня двохфазним середовищем визначено енергетичні можливості перегрітої води, проаналізовано вплив її початкових термодинамічних параметрів та геометричних характеристик енерговузла на енергетичні характеристики установки. Запропоновано конструкцію та одержано робочі характеристики ряду систем та вузлів рідинного енергоприводу. Експериментально доведено доцільність застосування даного типу енергоприводу для оснащення установок гідродинамічного штампування.

Ключові слова: імпульсна металообробка, гідродинамічне штампування, прес-гармата, рідинний енергопривід, двохфазне середовище, метання поршня.

Аннотация

Елисеев С.В. Жидкостный энергопривод для свободнопоршневых установок импульсной металлообработки.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением.- Государственный аэрокосмический университет ”ХАИ”, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена вопросам разработки оборудования для импульсной металлообработки. В работе предлагается принципиально новый тип энергопривода для свободнопоршневых ствольных установок импульсной металлообработки (пресс-пушек), использующий энергию, запасаемую перегретой жидкостью (водой).

В предположении равновесности процесса расширения рабочего тела разработана математическая модель метания поршня испаряющейся жидкостью (водой). На основе разработанной модели разгона поршня двухфазной средой определены энергетические возможности перегретой воды, проанализировано влияние ее начальных термодинамических параметров и геометрических характеристик энергоузла на энергетические характеристики установки. Показано, что для достижения максимальной технологической энергии установки при неизменных ее геометрических характеристиках процесс расширения рабочего тела целесообразно начинать из состояния насыщенной жидкости.

Проведенные расчеты показали, что при геометрических размерах и массе установки, определяемых значениями начальных объемов рабочей камеры и ствола, соответствующих размерам и массе существующего ствольного оборудования, располагаемая технологическая энергия установки с жидкостным энергоприводом превосходит технологическую энергию существующих пороховых и газодетонационных установок.

Предложена конструкция и получены рабочие характеристики основных узлов и систем энергопривода. Проведена количественная оценка затрат энергии, связанных с теплоотдачей в конструкцию установки и в окружающую среду при нагреве. Показано, что для однократного цикла нагрева указанные потери достигают 70 % от величины подводимой энергии.

Разработан и изготовлен жидкостный энергоузел, предназначенный для оснащения пресс-пушки типа ПП_7, получена ее баллистическая характеристика. Экспериментально доказано, что жидкостный энергопривод при одинаковых с пороховым и газодетонационным энергоприводами геометрических характеристиках обеспечивает большую технологическую энергию установки.

Предложенный энергопривод дает возможность полной автоматизации рабочего цикла установки и включение ее в состав автоматизированных комплексов гидроударной обработки. Разделение во времени процесса подвода внешней энергии и ее реализации, характерное для жидкостного энергопривода, позволяет обеспечить высокую стабильность получения заданной технологической энергии оборудования, а также независимость КПД энергоузла от массы метаемого поршня во всем диапазоне масс поршня, используемом в ствольном оборудовании.

Анализ недостатков разработанного оборудования для гидродинамической штамповки позволил предложить ряд вариантов конструкции жидкостного энергопривода, позволяющих снизить энергетические затраты на нагрев рабочего тела и повысить уровень техники безопасности оборудования.

Ключевые слова: импульсная металлообработка, гидродинамическая штамповки, пресс-пушка, жидкостный энергопривод, двухфазная среда, метание поршня.

Abstract

Yeliseev S.V. Liquid energetic head for pulse metal-processing machines with a free piston.-Manuscript.

Thesis for a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.03.05 - processes and machines of pressure processing.- The State Aerospace University "KhAI", Kharkiv, 2000.

The thesis is devoted to problems of development of the pulse metal working equipment. The new type of the energetic head for pulse metal-processing machines with a free piston (pressing-guns) which is using an accumulated by an overheated liquid (water) energy is offered. The piston throwing by two-phase medium model is developed and power possibilities of the overheated water are determined. The influence of the initial thermodynamic parameters and geometric performances of the energetic head on the power performances of installation is analyzed. The constructions of number of systems and knots of the liquid-powered installation are offered and their working performances are obtained. The expediency of the application of the liquid-powered energetic head for the pulse metal-processing equipment is experimentally proved.

Key words: pulse metal processing, hydrodynamic pressing, pressing-gun, liquid-powered energetic head, two-phase medium, piston throwing.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми

Сучасний етап у розвитку машинобудування характеризується широким застосуванням високоміцних конструкційних матеріалів з покращеними та спеціальними характеристиками, підвищенням вимог до якості, точності та надійності виробів при зростаючій складності їхніх геометричних форм. У той же час зросла питома вага автоматичних та автоматизованих ліній виробництва, істотна увага приділяється забезпеченню екологічної чистоти обладнання, умов праці та безпеки обслуговуючого персоналу.

Крім того, в умовах ринкової економіки особливе місце займає проблема зниження собівартості виробництва. Це питання особливо актуальне для тих галузей машинобудування, продукція яких може виходити на світовий ринок. В Україні до таких галузей відноситься також і авіаційно-космічна промисловість, розвиток якої є однією з пріоритетних задач держави.

У цьому зв'язку певний інтерес представляє застосування імпульсних засобів листового штампування, в яких передача енергії заготовці, яка деформується, здійснюється через рухоме середовище. Ці засоби дозволяють виготовляти вироби геометричних форм та розмірів, одержання яких на інших типах існуючого пресового обладнання пов'язане із значними труднощами або неможливе.

Розроблені як у нашій країні, так і за її межами, гідродинамічні установки мають можливість широкого варіювання амплітудно-часовими характеристиками імпульсу, який навантажує заготовку, високою питомою енергоємністю, широким діапазоном здійснюваних технологічних процесів та легкою переналадкою. У той же час широкому розповсюдженню гідродинамічних установок перешкоджають істотні недоліки енергоносіїв, які застосовуються в них.

У даній роботі проведено теоретичні та експериментальні дослідження по розробці та виготовленню енергоприводу для гідродинамічної установки, який використовує як енергоносій перегріту воду. Установки, оснащені енергоприводом даного типу, можуть бути включені до складу автоматизованих комплексів та забезпечують високу екологічну чистоту виробництва.

Зв'язок роботи з науковими програмами планами, темами

Робота виконана у рамках галузевих програм Міністерства Освіти України (договір №281/94), Міністерства машинобудування, ВПК і конверсії України (договір Г208-219/92) та Державного контракту з Комітетом по науці та захисту інтелектуальної власності (договір №301/17).

Мета і задачі дослідження

Метою даної роботи є розробка рідинного енергоприводу для установок гідроударної дії, який забезпечує їх технологічну енергію, не меншу за енергію порохових та газодетонаційних ствольних установок, високі експлуатаційні характеристики та екологічну чистоту, а також обгрунтування його ефективності.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

провести порівняльний аналіз ствольних установок з різними енергоносіями, визначити енергетичні можливості перегрітої рідини;

проаналізувати залежність енергетичних характеристик установки з рідинним енергоприводом від початкових термодинамічних параметрів енергоносія та геометричних характеристик установки;

вибрати оптимальні початкові термодинамічні параметри енергоносія та обгрунтувати їхнє застосування;

експериментально підтвердити енергетичні можливості рідинного енергоприводу, порівняти теоретичні результати з експериментальними;

розробити, виготовити та випробувати вузли рідинного енергоприводу, призначеного для оснащення ним прес-гармати ПП-7;

виявити особливості експлуатації та організації технологічного процесу штампування на прес-гарматах з рідинним енергоприводом;

провести порівняльний техніко-економічний аналіз рідинного енергоприводу з пороховим енергоприводом.

Наукова новизна одержаних результатів

Розроблено та досліджено принципово новий тип енергоприводу, який дає змогу отримати високі технологічні показники установки гідроударної дії за рахунок використання як енергоносія перегрітої рідини (води), а також забезпечує незалежність ККД енерговузла від швидкості та маси поршня за рахунок рознесення по часу процесів підводу зовнішньої енергії та її реалізації.

На основі розробленої автором математичної моделі процесу розгону поршня в циліндричному стволі вперше проаналізовано залежність енергетичних характеристик ствольної установки з рідинним енергоприводом від термодинамічних параметрів перегрітої рідини та геометричних характеристик установки. Вперше показано, що для досягнення максимальної технологічної енергії установки при заданих її геометричних характеристиках термодинамічні параметри робочого тіла на початку процесу розгону поршня повинні відповідати лінії насичення.

Вперше проведено порівняльний аналіз рідинного енергоприводу з пороховим та газодетонаційним енергоприводами, які застосовуються в існуючому ствольному обладнанні. Показано, що при однакових геометричних характеристиках енергетичні параметри установки з рідинним енергоприводом переважають енергетичні параметри порохової та газодетонаційної установки.

Експериментально підтверджено можливість застосування процесу розширення перегрітої рідини в робочому циклі гідроударних установок з вільним поршнем. Вперше одержано експериментальні залежності енергетичних характеристик установки з рідинним енергоприводом від початкових термодинамічних параметрів робочого тіла. Доведено доцільність організації процесу розширення робочого тіла від параметрів, які відповідають лінії насичення.

Проведено кількісну оцінку витрат енергії, пов'язаних із тепловіддачею в конструкцію установки й у навколишнє середовище. Показано, що з метою істотного зниження величини втрат енергії на один цикл роботи установку з рідинним енергоприводом доцільно використовувати в лініях автоматизованого виробництва.

Практичне значення одержаних результатів

Проведені дослідження дозволили здійснити вибір конструктивної схеми енерговузла рідинного енергоприводу, визначити його основні геометричні характеристики та дані для проектування. Надано рекомендації по забезпеченню дієздатності та надійності вузлів рідинного енергоприводу.

Запропоновано конструкції ряду принципово нових вузлів рідинного енергоприводу гідроударних установок.

На підставі результатів дослідження одержано балістичну номограму для визначення потрібного початкового тиску перегрітої рідини при відомому пороховому заряді, необхідному для здійснення заданого технологічного процесу на пороховій прес-гарматі, розроблено методику управління енергоозброєністю рідинної установки та наведено залежність об'єму компенсаційної порожнини від початкового тиску перегрітої рідини.

Проведені роботи показали, що установка з рідинним енергоприводом, маючи енергетичні показники, відповідні показникам існуючого обладнання, забезпечує при цьому істотне зниження вартості технологічного процесу, має кращі екологічні характеристики, забезпечує вищий рівень безпеки та кращі умови праці обслуговуючого персоналу, може бути застосована в складі автоматизованих комплексів гідродинамічного штампування.

Намічено перспективи подальшого розвитку обладнання з рідинним енергоприводом, які дозволяють знизити енергетичні витрати та підвищити надійність роботи його систем та вузлів.

Особистий внесок здобувача

Особистий внесок здобувача в опублікованих за темою даної роботи наукових працях полягає у:

розробці математичної моделі процесу розгону поршня перегрітою рідиною в циліндричному стволі;

проведенні аналізу енергообміну при нагріванні робочого тіла в енергетичному вузлі рідинного енергоприводу;

розробці конструкції основних систем та вузлів рідинного енергоприводу;

розробці методики та проведенні експериментальних досліджень;

проведенні порівняльного аналізу установок з рідинним та пороховим енергоприводами.

Апробація роботи

Основні результати даного дослідження доповідалися і обговорювалися на науково-технічних семінарах кафедри технології металів і авіаційного матеріалознавства, на науково-технічній конференції Харківського авіаційного інституту 14-18 грудня 1998 р., а також на міжнародній науково-технічній конференції 15-17 вересня 1999 р. у м. Старий Оскіл.

Публікації

За матеріалами дисертації опубліковано 3 наукові статті, 3 річних звіти про науково-дослідну роботу, 1 тези доповідей та отримано 1 рішення про видачу тимчасового патенту.

Обсяг та структура роботи

Робота, яка реферується, загальним обсягом 136 с., складається з вступу, 4 розділів та загальних висновків. Робота містить 3 таблиці, 61 ілюстрацію, список літератури з 84 найменувань та 5 додатків.

2. Основний зміст

Вступ

У вступі обгрунтована актуальність теми дослідження, формулюються наукова новизна та народногосподарське значення роботи.

Сучасний стан проблеми та постановка задачі дослідження

У першому розділі показано, що у сучасному авіабудуванні існує достатньо значна номенклатура деталей, для виготовлення яких доцільне застосування гідродинамічного штампування.

Аналіз відомих промислових ствольних установок та енергоносіїв, які застосовуються в них, показав, що існуюче обладнання має істотні недоліки, пов'язані або з недостатньою питомою енергоозброєністю, характерної для повітряних і паливо-повітряних установок, або з підвищеною небезпекою та екологічною шкідливістю, характерних для порохових установок. Використання газокисневих сумішей дозволяє отримати енергетичні характеристики ствольного обладнанні, близькі до характеристик порохового енергоприводу, однак яскраво виражений хвильовий характер енерговиділення в цьому випадку створює необхідність проведення дослідження хвильових процесів в робочій камері і каналі ствола.

Вказується, що з точки зору підвищення екологічної чистоти виробництва та рівня техніки безпеки при збереженні високих питомих енергетичних показників ствольного обладнання перспективним може виявитися застосування в ньому як енергоносія перегрітої рідини (води), яка характеризується високими щільністю і рівнем енергії, що запасається.

Аналіз відомих теоретичних досліджень руху двофазного парорідинного середовища не дозволяють описати розгін вільного поршня у стволі. Роботи, що розглядають рух поршня парової машини, аналізують термодинамічні параметри робочого тіла, які відповідають області сухої пари, та не дозволяють проаналізувати особливості ствольної установки, робочим тілом в якій є парорідинне середовище з малими ступенями сухості.

Аналіз попередніх досліджень дозволив сформулювати мету і задачі даної роботи.

Теоретичне дослідження енергообміну при розгоні поршня

У розділі проводиться теоретичне дослідження процесів розгону поршня в циліндричному стволі парорідинною сумішшю та продуктами газової детонації.

У припущенні рівноважності процесу розширення робочого тіла розроблена математична модель метання поршня рідиною (водою), яка випаровується, що дозволяє визначити енергетичні характеристики ствольного обладнання з рідинним енергоприводом. Термодинамічні параметри води визначаються за допомогою таблиць стану води і водяної пари та в кожний момент часу визначаються співвідношеннями:

,

,

,

,

.

За допомогою розробленої моделі проводиться аналіз впливу початкових термодинамічних параметрів робочого тіла та геометричних характеристик установки на технологічну енергію установки і ККД процесу розгону поршня. На підставі проведених розрахунків зроблений висновок про те, що для досягнення максимальної технологічної енергії установки при незмінних її геометричних характеристиках процес розширення робочого тіла доцільно починати зі стану насиченої рідини.

Проведені розрахунки показали, що при геометричних розмірах і масі установки, які визначаються значеннями початкових об'ємів робочої камери і ствола, відповідних розмірам і масі існуючого ствольного обладнання, технологічна енергія установки з рідинним енергоприводом перевищує технологічну енергію порохових установок (рис. 1).

Для визначення кількості теплоти, необхідної для нагріву робочого тіла до розрахункових параметрів, а також визначення ККД енерговузла розглядається енергетичний баланс у ході процесу нагріву при вилученні частини робочого тіла з робочої камери. Тепловіддача у навколишнє середовище не враховується. Показано, що втрати тепла, пов'язані з вилученням робочого тіла з робочої камери, досягають 50 % від підведеної теплоти, що дозволяє зробити висновок про нераціональність застосування даної схеми нагріву з термодинамічної точки зору.

З метою порівняння характеристик рідинного і газодетонаційного енергоприводів розроблена одномірна кінцево-різнісна модель розповсюдження детонаційної хвилі, на підставі якої вирішена задача метання твердого тіла продуктами детонації. Газ є ідеальним, зміна його параметрів вважається адіабатичною, показник адіабати прийнятий незмінним. Враховується тільки тепловиділення. Модель дозволяє визначити енергетичні характеристики газодетонаційного енергоприводу з урахуванням геометрії детонаційного тракту та хвильових процесів, які відбуваються в ньому.

За допомогою даної моделі проводиться розрахунок газодетонаційного енергоприводу. Одержано залежності енергетичних характеристик газодетонаційного енергоприводу від початкового тиску газокисневої суміші та геометрії установки, визначено рівень тиску, який розвивається в робочій камері.



Рис. 1 - Розрахункова залежність кінетичної енергії поршня від початкового тиску робочого тіла: 1 - V₀=0,410-³ м³, L=0,6м; 2 - V₀=0,210-³ м³, L=0,6м; 3 - V₀=0,410-³ м³, L=0,4м; 4 - V₀=0,210-³ м³, L=0,4м

Рис. 2 - Розрахункова технологічна енергія ствольної установки з газодетоаційним та рідинним енергоприводами: 1 - рідинний енергопривід, V₀=0,410-³ м³; 2 - газодетонаційний енергопривід, V₀=4,210-³ м³

Показано, що застосування газодетонаційного енергоприводу для заміни порохового в установках з малим об'ємом ствола є недоцільним, оскільки досягнення відповідної технологічної енергії досягається тільки при підвищеним (1.0 МПа та більше) початковим тиском суміші (рис. 2, V_ств=5,710-⁴ м³). При цьому об'єм робочої камери газодетонаційного енерговузла значно переважає об'єм робочої камери як порохового, так і рідинного енерговузлів.

Експериментальні дослідження

У розділі наведено методику, зміст та результати експериментальних досліджень, які мають за мету підтвердження правильності прийнятих при теоретичному аналізі припущень, розробку конструкції основних вузлів рідинного енергоприводу та визначення його енергетичних характеристик.

Для проведення експериментальних досліджень було розроблено та виготовлено ствольну установку з рідинним енергоприводом.

В ході експериментів визначено робочі характеристики вузлів нагріву, герметизації робочої камери і фіксації поршня, а також системи компенсації тиску. Одержано балістичну характеристику експериментальної установки (рис. 3).

Результати теоретичного аналізу порівнювалися з відповідними експериментальними даними. В дослідженому діапазоні початкового тиску робочого тіла відхилення розрахункових величин швидкості поршня від експериментальних не перевищує 5,4 %. Середньоквадратичне відхилення значень швидкості поршня, яке визначає стабільність процесу розгону, не перевищує 7,9 % при використанні силового елементу у вигляді дротяної чеки та 5,2 % при використанні клапанного пристрою розгерметизації.

Проведено кількісну оцінку витрат енергії, пов'язаних з тепловіддачею в конструкцію установки та у навколишнє середовище. Показано, що для одноразового циклу нагріву означені втрати досягають 70 % від величини підведеної енергії. Робиться висновок про те, що з метою істотного зниження величини теплових втрат на один цикл роботи установку з рідинним енергоприводом доцільно використовувати в лініях автоматизованого виробництва.

Впровадження результатів досліджень

У даному розділі на підставі теоретичних і експериментальних досліджень проведено вибір та обгрунтування конструктивної схеми енерговузла з рідинним енергоприводом. Результати експериментальних досліджень дозволили реалізувати ряд нових конструктивних рішень вузлів та систем рідинного енергоприводу. Розглянуто технічні характеристики установки з рідинним енергоприводом, яка розроблена на базі прес-гармати ПП-7.

Проведені в розділах 2 та 3 дослідження показали, що обладнання з рідинним енергоприводом має технологічну енергію, не меншу від енергії порохових прес-гармат, і по цьому показнику переважає обладнання з газодетонаційним енергоприводом. В той же час виключення дискретної перезарядки, характерної для порохових прес-гармат, дає можливість повної автоматизації робочого циклу установки та включення її до складу автоматизованих комплексів гідроударної обробки. Рознесення у часі процесів підводу зовнішньої енергії та її реалізації, яке характерне для рідинного енергоприводу, дозволяє забезпечити високу стабільність одержання заданої технологічної енергії обладнання, а також незалежність ККД розгону поршня від його маси в усьому діапазоні мас поршня, які використовуються в гідроударному обладнанні.

Рис. 3 - Балістична характеристика експериментальної установки: 1 - М_п = 0,6 кг; 2 - М_п = 1,1 кг

Цикл енергозабезпечення рідинного енергоприводу заснований на застосуванні стандартного електричного обладнання, вжиття якого дозволяє істотно підвищити рівень безпеки та екологічної чистоти у порівнянні з пороховим та газодетонаційним енергоприводами. Організація технологічного процесу не вимагає проведення додаткових заходів, пов'язаних з організацією обліку, зберігання, використання та утилізації енергоносія.

По результатах виконаних досліджень дано загальні рекомендації з організації технологічного процесу гідродинамічного штампування з застосуванням ствольного обладнання, оснащеного рідинним енергоприводом. Приводиться балістична номограма (рис. 4), яка дозволяє визначити початкові параметри рідинного енергоприводу, необхідні для реалізації заданого технологічного процесу, який здійснюється на пороховій прес-гарматі ПП-7.

Проведено порівняльну оцінку економічної ефективності рідинного та порохового енергоприводів. Показано, що собівартість енергоносія, необхідного для реалізації технологічного циклу на установці з рідинним енергоприводом, значно нижча від собівартості енергоносія, необхідного для реалізації аналогічного технологічного циклу на пороховій прес-гарматі (рис. 5).

В розділі показано перспективи подальшого розвитку гідроударних установок з рідинним енергоприводом. Приводиться визначення енергетичних характеристик рідинного енергоприводу, призначеного для оснащення їм прес-гармати типу ПП-11. Запропоновано конструкцію та проведене визначення енергетичних характеристик енерговузла зі змінним об'ємом робочої камери, що забезпечує істотне зниження витрат підведеної зовнішньої енергії, необхідної для нагріву робочого тіла до заданих параметрів. Розглядається спосіб омічного нагріву робочого тіла, який дозволить підвищити рівень безпеки обладнання.



Рис. 4 - Балістична номограма прес-гармати ПП_7 з пороховим та рідинним енергоприводами: 1 - Мп = 0,4 кг; 2 - Мп = 0,6 кг; 3 - Мп = 1,1 кг; * - теоретична залежність

Рис. 5 - Залежність вартості С енергоносія від кінетичної енергії поршня Ек: 1 -рідинний енергопривід; 2 - пороховий енергопривід

Висновки

У роботі досліджено можливість створення установок гідродинамічної дії з рідинним енергоприводом, які мають високі експлуатаційні та екологічні характеристики, з технологічною енергією, не меншою, ніж у порохових прес-гармат, та обгрунтована їхня ефективність.

Проведено порівняльний аналіз енергоносіїв з точки зору забезпечення питомих енергетичних показників ствольного обладнання. Показано, що найбільш високі питомі енергетичні показники обладнання забезпечують пороховий та газодетонаційний енергоприводи, які характеризуються підвищеними рівнями небезпеки та екологічної шкідливості.

У припущенні рівноважності процесу розширення робочого тіла чисельно вирішено задачу метання поршня двохфазним середовищем. Проаналізовано залежність основних енергетичних параметрів установки з рідинним енергоприводом від початкових параметрів робочого тіла та геометричних характеристик установки. Показано, що при геометричних розмірах і масі установки, які визначаються значеннями початкового об'єму робочої камери та ступеня розширення робочого тіла, відповідних розмірам та масі існуючого обладнання, технологічна енергія установок з рідинним енергоприводом переважає технологічну енергію порохових та газодетонаційних установок.

Експериментально підтверджено енергетичні можливості рідинного енергоприводу, для чого були проведені виміри швидкості поршня на виході зі ствола. При цьому середньоквадратичне відхилення швидкості поршня не перевищує 7,9 % при використанні силового елементу у вигляді дротяної чеки та 5,2 % при використанні клапанного пристрою розгерметизації. Відхилення розрахункових величин швидкості поршня від експериментальних не перевищує 5,4 %.

Проведено кількісну оцінку втрат енергії, пов'язаних з тепловіддачею в конструкцію установки та в навколишнє середовище. Показано, що означені втрати досягають 70 % від величини підведеної енергії, а з метою їхнього істотного зниження на один цикл роботи установку з рідинним енергоприводом доцільно використовувати в лініях автоматизованого виробництва.

Запропоновано та випробувано конструкції основних вузлів та систем рідинного енергоприводу, одержано їхні робочі характеристики та виявлено особливості експлуатації.

На підставі теоретичних та експериментальних досліджень одержано вхідні дані для проектування дослідно-промислових установок з рідинним енергоприводом. На базі порохової прес-гармати ПП-7 розроблено та виготовлено установку з рідинним енергоприводом. Показано, що рідинний енергопривід дозволяє підвищити рівень техніки безпеки виробництва, покращити умови праці та екологічну чистоту обладнання.

Проведено порівняльну оцінку економічної ефективності рідинного та порохового енергоприводів. Показано, що собівартість енергоносія, необхідного для реалізації технологічного циклу на установці з рідинним енергоприводом, істотно нижче собівартості енергоносія, необхідного для реалізації аналогічного технологічного циклу на пороховій прес-гарматі.

Аналіз недоліків розробленого обладнання для гідродинамічного штампування дозволив розробити ряд варіантів конструкції рідинного енергоприводу, що дозволять зменшити енергетичні витрати при нагріванні робочого тіла та підвищити рівень техніки безпеки обладнання.

Публікації

Борисевич В.К., Елисеев С.В., Кривцов В.С. Жидкостный энергопривод установки гидроударной обработки // Авиационно-космическая техника и технология: Сб. науч. тр. / Государственный аэрокосмич. ун-т им. Н.Е. Жуковского ”ХАИ” - Х.,1997.-Вып.4.-С.148-152.

Борисевич В.К, Елисеев С.В., Кривцов В.С. Оценка энергетических возможностей влажного пара для разгона поршня в установке импульсной обработки // Кузнечно-штамповочное производство. 1997. №10. С.30-31.

Елисеев С.В. Анализ энергообмена при нагреве рабочего тела в жидкостном энергоузле установки гидроударной обработки // Вестник ХГПУ / Харьковский государственный политехнич. ун-т. - Х.,-1999.- Вып.60.-С.142-146.

Рішення про видачу тимчасового патенту по заявці №96010019, МКИ⁽⁶⁾ В 21 D 26/06. Енергетичний вузол пристрою для ударної обробки / Борисевич В.К., Єлісеєв С.В., Кривцов В.С., Рудницький К.Я.; Харк. авіац. ін-т; Опубл. 30 червня 1998р. бюл. №3, С.2.84.

Размещено на Allbest.ru

...