WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Оболочечные конструкции корпуса трубчатой вращающейся печи глиноземного производства. Расчетные оценки долговечности и живучести корпуса основаны на результатах численного исследования его НДС (рис. 4, 5).

Рисунок 4 – Распределение интенсивности напряжений в секции корпуса печи

Рисунок 5 – Зависимости интенсивности напряжений от эксплуатационных температур при термомеханическом нагружении: 1 – в области обечайки; 2 – в области бандажа

Моделирование трещиноподобного дефекта в обечайке и бандажах корпуса печи выполняется с двух позиций: как концентратора напряжений (оценка долговечности выполняется в соответствии с классическими кривыми усталости), как острой трещины (используются кинетические уравнения роста трещины).

Полученные результаты (рис. 6, 7) являются верхними и нижними оценками живучести поврежденных элементов обечайки и бандажа.

Из построенных зависимостей при циклическом нагружении (рис. 6, 7) и кривой оценки опасности дефектов (рис. 8) при статическом нагружении выполняется оценка опасности дефекта с позиций усталостного и хрупкого разрушения.

Рисунок 6 – Усталостная долговечность обечайки в зависимости от глубины дефекта при температуре: 1 – 100 °С; 2 – 200 °С; 3 – 400 °С; 4 – 600 °С; 5 – 800 °С; 6 – 1000 °С; 7 – 1200 °С; 8 – 1400 °С

Рисунок 7 – Живучесть обечайки в зависимости от глубины трещины при температуре: 1 – 100 °С; 2 – 200 °С; 3 – 400 °С; 4 – 600 °С; 5 – 800 °С; 6 – 1000 °С; 7 – 1200 °С; 8 – 1400 °С

Рисунок 8 – Кривая оценки опасности дефектов

Обечайки барабанов ленточных конвейеров. В результате экспериментальных исследований развития трещин в цилиндрических оболочек (моделях обечаек барабанов ленточных конвейеров) с начальными трещинами, расположенными параллельно, перпендикулярно и под углом 45° к образующей получены зависимости времени до потери несущей способности оболочки от величины натяжения гибкого тягового органа вида

, (10)

где N – число циклов нагружения; P – усилие натяжения ленты, Н; k1, k2 – коэффициенты аппроксимации экспериментальных зависимостей, a, b – коэффициенты, учитывающие условия подобия.

Для серии барабанов стандартных типоразмеров решена задача нормирования эксплуатационной дефектности в соответствии с выражением

, (11)

где [X] – допускаемый (безопасный) размер трещины; L – длина барабана (соответствующая ширине конвейерной ленты).

В пятом разделе выполнено исследование конструктивных решений по повышению живучести несущих конструкций оборудования. Структурный анализ конструкций технологического оборудования позволил систематизировать конструктивные решения, направленные на обеспечение отказоустойчивости и живучести машин. Разработана методика расчета технических средств повышения живучести, реализованная для конструкции устройства защиты щековой дробилки от разрушения при аварийных перегрузках. Новое конструктивное решение заключается в том, что распорная плита состоит из двух балок, шарнирно сочлененных с растягиваемыми элементами (разрушающимися при перегрузках), содержащими трещиноподобный дефект (надрез) (рис. 9). После предварительного (из конструктивных соображений) назначения геометрических параметров разрушающихся элементов расчет выполняется в следующей последовательности.

Рисунок 9 – Принципиальная схема защиты щековой дробилки от разрушения: 1 – растягиваемые разрушающиеся элементы; 2 – элементы распорной плиты; 3 – шарнирное соединение; 4 – надрез

1. Определение разрушающего усилия Pразр в растягиваемом разрушающемся элементе таким образом, чтобы оно имело запас k относительно максимального номинального рабочего усилия Pmax в распорной плите: Pразр = k Pmax. Запас должен быть таким, чтобы: 1) исключить разрушение при кратковременных превышениях рабочей нагрузкой проектного максимального значения; 2) обеспечить гарантированное разрушение растягиваемого элемента при Pразр. Первое условие обеспечивается назначением величины k в первом приближении в размере k = 2,0…2,5. Второе определяется дальнейшим расчетом.

2. Определение разрушающих напряжений в растягиваемых элементах разр исходя из разрушающего усилия Pразр и предварительно принятых геометрических размеров элементов.

3. Для ряда расчетных схем для полученного разрушающего напряжения разр определяется критическая длина lc трещиноподобного дефекта (надреза). Таким образом, для каждого конструктивного варианта растягиваемого разрушающегося элемента определена длина надреза lc, приводящего к разрушению защитного элемента при достижении рабочим усилием опасного значения Pразр.

4. Для этих же схем определяется критическая длина надреза lc ном, приводящая к разрушению защитного элемента при максимальном номинальном рабочем усилии Pmax. Очевидно, lc ном > lc.

5. Определение циклической долговечности (числа циклов до разрушения) при действии максимального номинального рабочего усилия. Это число циклов соответствуюет подрастанию начального надреза длиной lc до критической трещины длиной lc ном.

Таким образом, реализуется идея контролируемого циклического роста трещины в защитном элементе. При этом возникновение опасных для конструкции усилий приводит к немедленному разрушению этого элемента.

Дальнейший анализ предполагает сравнение определенной в п. 5 циклической долговечности с проектным ресурсом машины. При отсутствии требуемого запаса по долговечности конструктивное решение следует считать неудачным и повторить расчет при изменении геометрических параметров защитных элементов.

С использованием методики выполнены проектные расчеты трех конструктивных вариантов защитного элемента щековой дробилки (с одним краевым, двумя краевыми, одним центральным надрезами). Установлено, что защитный элемент с одиночным краевым надрезом при прочих равных условиях является предпочтительным.

Применительно к обечайке корпуса печи выполнен сравнительный анализ и обоснование параметров трех конструктивных решений (ребро жесткости, разгружающее отверстие, ремонтная заплата), позволяющих разгрузить поврежденный элемент конструкции и остановить (замедлить скорость роста) усталостную трещину. В результате установлены наиболее эффективный конструктивный вариант торможения трещины и его геометрические параметры.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. При анализе структурных схем производственных систем и циклограмм риска технологических процессов установлены опасные по разрушению элементы несущих конструкций оборудования, систематизированные по трем группам живучести.

2. Основные требования и количественные показатели живучести регламентируют в связи с наличием развивающегося трещиноподобного дефекта для несущих конструкций оборудования: группы А – характеристики скорости роста трещины и остаточного ресурса; группы Б – характеристики напряженного состояния, параметров механики разрушения и остаточного ресурса; группы В – коэффициенты запаса по размеру дефекта.

3. В результате расчетно-экспериментального анализа прочности и разрушения конструкций с развивающейся макроскопической трещиной установлены зависимости показателей живучести от размера дефекта (в диапазоне 10…50 мм для модели анодной штанги технологического крана, 10…250 мм для обечаек барабанов ленточных конвейеров, до 25 мм для оболочечных элементов корпуса трубчатой вращающейся печи), и эксплуатационных условий (для двух скоростей нагружения модели анодной штанги, температур рабочего пространства печи в диапазоне 100…1400 С, усилия натяжения конвейерной ленты в диапазоне 50…5000 кН). На базе этих зависимостей установлены безопасные размеры повреждений: обечайки и бандажей трубчатой вращающейся печи – для разных температурных условий по длине ее рабочего пространства, обечаек барабанов ленточных конвейеров – для разных усилий натяжения конвейерной ленты.

4. Предложены конструктивные решения, обеспечивающие повышение живучести (модернизация узла соединения постели технологического крана с анодной штангой; конструктивное усиление цилиндрической обечайки корпуса печи; новая конструкция распорной плиты щековой дробилки). Разработанная и реализованная расчетно-экспериментальная методика обоснования параметров указанных конструктивных решений обеспечила: для анодной штанги повышение ресурса в среднем на 30 % за счет снижения скорости роста трещин в диапазоне (25…150)·10-6 мм/цикл; для корпуса печи – торможение усталостной трещины и устранение условий ее развития; для щековой дробилки – исключение возникновения аварийной перегрузки за счет разрушения предохранительного элемента распорной плиты.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

  1. Шигин А.О. Экспериментальная оценка живучести при модернизации узлов оборудования / Доронин С.В., Шигин А.О. // Ремонт, восстановление, модернизация. – 2007. – № 3. – С. 10-14.
  2. Шигин А.О. Расчётно-экспериментальное исследование живучести барабанов ленточных конвейеров / Доронин С.В., Плютов Ю.А., Шигин А.О. // Горное оборудование и электромеханика. – 2006. – № 9. – С. 18-20.
  3. Шигин А.О. Систематизация потенциально опасных конструкций технологического оборудования глиноземного производства / Доронин С.В., Шигин А.О. // Безопасность труда в промышленности. – 2007. – № 1. – С. 72-75.
  4. Шигин А.О. Анализ закономерностей развития аварий металлургического оборудования / А.О. Шигин, С.В. Доронин // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: В 3 т.: Тр. научных конференций / Научн. ред. Ю.И. Шокин, Н.А. Махутов, В.В. Москвичёв. – Красноярск: ИВМ СО РАН, 2003. – Т. 3 – С. 84-88.
  5. Шигин А.О. Основные принципы обеспечения живучести технических систем / А.О. Шигин, С.В. Доронин // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: В 3 т.: Тр. научных конференций / Научн. ред. Ю.И. Шокин, Н.А. Махутов, В.В. Москвичёв. – Красноярск: ИВМ СО РАН, 2003. – Т. 3 – С. 89-90.
  6. Шигин А.О. Повышение живучести аппаратурно-технологических схем металлургического производства / А.О. Шигин // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: В 3 т. Т. 3.: Тр. научных конференций / Научн. ред. Ю.И. Шокин, Н.А. Махутов, В.В. Москвичёв. – Красноярск: ИВМ СО РАН, 2003. – Т. 1. – С. 250-254.
  7. Анализ опасностей при повреждениях конструкций металлургического оборудования / Доронин С.В., Шигин А.О. // Вестник КГТУ. Вып. 32. Машиностроение / Отв. ред. Е.Г. Синенко. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. – С. 157-165.
  8. Шигин А.О. Структурные схемы безопасности аппаратурно-технологических схем глинозёмного производства / А.О. Шигин // Проблемы безопасности жизнедеятельности в техносфере: материалы межрегион. конф. молодых учёных / отв. ред. Аксенова О.Т. – Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2004. – С. 28-30.
  9. Шигин А.О. Прогнозирование последствий разрушения элементов конструкций металлургического оборудования / А.О. Шигин // Совершенствование технологий производства цветных металлов: Сборник материалов Всерос. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных / Сост.: Сувейзда В.В. – Красноярск: ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ», 2005. – С. 27-29.
  10. Шигин А.О. Структурный анализ технологического оборудования / А.О. Шигин // Совершенствование методов поиска и разведки, технологии добычи и переработки полезных ископаемых: Сборник материалов Межрегион. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных / Сост.: Сувейзда В.В. – Красноярск: ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ», 2006. – С. 97-99.
  11. Шигин А.О. Расчёты усилений повреждённого корпуса печи / А.О. Шигин // Совершенствование методов поиска и разведки, технологии добычи и переработки полезных ископаемых: Сборник материалов Межрегиональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных / Сост.: Сувейзда В.В. – Красноярск: ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ», 2006. – С. 89-90.
  12. Шигин А.О. Исследование развития трещин в цилиндрических обечайках барабанов ленточных конвейеров / Доронин С.В., Шигин А.О. // Труды III Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата: Часть I. Физика и механика прочности материалов при низких температурах, надёжность, ресурс конструкций в условиях холодного климата. / Под ред. О.И. Слепцова. – Якутск: ИФТПС СО РАН, 2006. – С. 53-56.
  13. Шигин А.О. Напряжённое состояние печей спекания глинозёмного производства / А.О. Шигин // Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота: материалы междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. В.В. Кравцова. – Красноярск: ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ», 2006. – С. 276-277.
  14. Шигин А.О. Моделирование повреждённых двухслойных оболочек в условиях термомеханического нагружения / А.О. Шигин // Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота: материалы междунар. конференции / Под ред. В.В. Кравцова. – Красноярск: ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ», 2006. – С. 277-278.
  15. Шигин А.О. Структура расчётов живучести двухслойных оболочек технологического оборудования / Доронин С.В., Шигин А.О. // Стратегические приоритеты и инновации в производстве цветных металлов и золота: материалы междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. В.В. Кравцова. – Красноярск: ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ», 2006. – С. 281-282.
  16. Шигин А.О. Исследование напряжённого состояния двухслойных оболочек в условиях термомеханического нагружения / Доронин С.В., Шигин А.О. // Деформирование и разрушение структурно-неоднородных сред и конструкций: тез. докл. Всерос. конф. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. – С. 43.
  17. Шигин А.О. Расчётно-экспериментальное обоснование повышения живучести элементов крановых конструкций / Доронин С.В., Шигин А.О. // Труды междунар. конф.
    Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»