FINISH-STRENGTHENING EFFECTIVENESS INCREASE BASED ON USE OF SCREW ROTORS WITH WAVE SURFACE ON PERIMETER
Abstract and keywords
Abstract (English):
The paper reports the results of investigations on finish-strengthening improvement. There are offered labor bodies in the form of screw rotors with a wave surface on the perimeter of combined screw rotors in which a rotation axis is located at an acute angle to a symmetry axis. The search of designs of screw rotors with a wave surface on the perimeter was carried out through the methods of descriptive geometry and engineering graphics with the aid of “Compass-3D” program complex. The design and operating principle of machines based on labor bodies in the form of combined screw rotors with a wave surface on a perimeter are shown by the example of the finish-strengthening machine. In the developed classification of machine labor bodies there are presented various forms of their surface on the perimeter.

Keywords:
finish-strengthening, combined rotor, operation body, wave surface, perimeter, loading weight
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение

 

Комбинированные  винтовые  роторы с волнообразной поверхностью по периметру  позволяют придавать обрабатываемым предметам (деталям и средам) движение с большой амплитудой за счет своей оригинальной формы. В результате их применения обеспечивается повышение производительности, уменьшение энергозатрат и расходов на единицу готовой продукции. Следует отметить, что все представленные в статье образцы оборудования, созданные методами начертательной геометрии и инженерной  графики, относятся к машинам четвертого класса, т.е. к машинам и технологиям будущего, в которых, согласно классификации академика Л.Н. Кошкина,  предметы обработки обрабатываются пространством  [1-12].

 

 

 Методы и пути совершенствования рабочих органов станков

 

В результате выполненных исследований предлагается  классификация рабочих органов станков в виде комбинированных винтовых  роторов (рис. 1).

За счет оформления наружных поверхностей комбинированных винтовых роторов по периметру волнообразными создаются условия для придания предметам обработки (обрабатываемым деталям, сыпучим средам) колебаний с большой амплитудой (500-1000 мм и выше). Это позволяет расширить технологические возможности технологических процессов.

Для наглядности на рис. 2 представлены выполненные с помощью программного комплекса «Компас-3D» комбинированные винтовые роторы с разнообразной формой поверхности по периметру.

 

 

    Рис. 1. Классификация  рабочих органов станков в виде  комбинированных

    винтовых роторов с разнообразной  формой поверхности по периметру

 

 

 

 

         Рис. 2. Примеры наглядного изображения комбинированных

       винтовых роторов с разнообразной  формой поверхности по периметру

 

На рис. 3 представлен станок для отделочно-упрочняющей обработки,  состоящий  из  комбинированного винтового  ротора 1, средства для загрузки 2, средства для выгрузки 3 обработанных деталей, средства для  выгрузки отходов производства  4 (облой, окалина, заусенцы) и привода (на чертежах не показан). Комбинированный винтовой ротор  1 снабжен  цапфами 5 и 6 с возможностью вращения в подшипниковых опорах 7 и 8. Носок 9  средства для загрузки  2 входит в отверстие цапфы 5  комбинированного винтового ротора 1. Средство для загрузки 2, подшипниковые опоры 7 и 8 со смонтированным в них комбинированным винтовым  ротором 1 закреплены на платформе 10. Платформа 10 подвешена на четырех пружинах 11, которые закреплены на основании 12. Для увеличения скорости продольного перемещения обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред от загрузки к выгрузке устройство для отделочно-упрочняющей обработки  снабжено приспособлением (на чертеже не показано) для придания наклона оси вращения  комбинированного  винтового  ротора 1 относительно горизонта. По всей длине  загрузочной цапфы 5 и разгрузочной  цапфы 6  закреплены конические пружины 13 и 14  с круглым  сечением  витков.

 

 

 

 Рис. 3. Станок для отделочно-упрочняющей обработки

 

 

Комбинированный  винтовой  ротор 1 (рис. 4) выполнен  коническим,   в виде  винтового наклонного усеченного конуса с волнообразной боковой поверхностью  по периметру и плоскими  основаниями  в виде торцевых щек эллиптической формы  15  и 16, смонтированных под острым углом β одна к другой и под разными  острыми углами ψ  и φ    к   оси вращения  комбинированного винтового  ротора.  При  этом     комбинированный  винтовой  ротор 1   установлен   под    острым    углом     α   к  оси   его  вращения  и   снабжен     загрузочной    и разгрузочной  цапфами 5 и 6 конической формы с уклоном в сторону выгрузки и жестко закрепленными по их внутренним диаметрам коническими пружинами  13 и 14 с витками  круглого сечения и уклоном в сторону выгрузки. Большие  оси i1-iи  i2-i(рис. 5) торцевых  щек 15 и 16  комбинированного  винтового ротора 1 повернуты по оси  его вращения  друг относительно друга   на острый угол ω, при этом  волнообразная  боковая поверхность по   его  периметру   сгибается  с образованием винтовых  поверхностей.    По периметру  выгрузной цапфы 6  выполнены отверстия 17,  позволяющие  отделять  в  средство  для  отходов  4  отходы  производства  (заусенцы, облой, окалину) от обработанных деталей,  которые выгружаются в емкость 3.

 

 

Рис. 4. Комбинированный винтовой  ротор  с волнообразной  поверхностью по периметру

 

 

                                   Рис. 5. Наглядное изображение  комбинированного винтового  

                                     ротора  с волнообразной  поверхностью по периметру

 

 

При вращении  комбинированного винтового ротора 1 массы загрузки (обрабатываемые детали и частицы рабочих сред) совершают движение по различным эллиптическим траекториям, размеры которых меняются по длине ротора в каждом поперечном сечении (рис. 3-5). При этом центры симметрии внутренней поверхности  комбинированного винтового ротора 1 в каждом его элементе поперечного сечения смещены относительно оси вращения ротора, что не только нарушает скорость и направление движения масс загрузки, но и способствует созданию эксцентриситета. Массам загрузки сообщаются низкочастотные колебания с большой амплитудой. Этому способствуют волнообразная боковая поверхность комбинированного  винтового ротора 1 и карманы криволинейной  формы по внутреннему периметру ротора, которые захватывают порции масс загрузки при вращении ротора, поднимают выше угла естественного откоса и бросают на противоположные стенки ротора, навстречу его вращающейся боковой поверхности, увеличивая частоту и энергоемкость взаимодействия обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред.

За счет дебаланса масс комбинированного винтового  ротора 1, размещенных внутри него обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред, платформы 9, упруго установленной на станине 11, создаются высокочастотные колебания с малой амплитудой.

Совместное воздействие на обрабатываемые детали и частицы рабочих сред высокочастотных колебаний с малой амплитудой и низкочастотных колебаний с большой амплитудой, а также нарушения скорости и направления движения масс загрузки повышают производительность и расширяют технологические возможности.

Массы загрузки совершают сложное пространственное движение в вертикальной плоскости (по эллиптическим траекториям, так как боковая поверхность  комбинированного винтового ротора 1 выполнена по периметру волнообразной, а плоские торцевые стенки эллиптической формы 15 и 16 размещены под острым углом друг к другу и  к оси вращения ротора), а в горизонтальной плоскости - возвратно-поступательное. На эти движения накладываются низкочастотные колебания, возбуждаемые асимметричным положением  комбинированного винтового  ротора 1, при одновременном воздействии колебаний в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Поток движущихся деталей и частиц рабочих сред нестационарен, а размеры и расположение зоны активного их смешивания заметно меняются за время одного оборота ротора. В результате нарушения  упорядоченности процесса движения масс загрузки движение их становится более активным, ликвидируются зоны малоподвижности, возрастает энергоемкость соударений потоков обрабатываемых деталей и частиц рабочих сред между собой и со стенками ротора, а также торцевыми стенками 15 и 16, что обеспечивает повышение производительности обработки и расширение технологических возможностей. Нестационарность процесса движения масс загрузки усугубляется расположением торцевых стенок 15 и 16, большие оси эллипсов которых повернуты относительно друг друга на острый угол ω,  что существенно меняет направление движения масс загрузки вдоль оси вращения комбинированного винтового ротора 1 и создает зоны различного давления торцевых стенок 15 и 16 на обрабатываемые детали и частицы рабочих сред. Поэтому массы загрузки имеют возможность (под воздействием геометрического уклона ротора и разности давления торцевых стенок 15 и 16) не только двигаться по сложным траекториям, но и перемещаться в осевом направлении от загрузки к выгрузке. Усложнению траекторий перемещения масс загрузки способствуют витки пружин 13 и 14 конусной формы и карманы волнообразной формы  по внутреннему периметру комбинированного винтового ротора 1.

Скорость перемещения масс загрузки от загрузки к выгрузке можно регулировать изменением угла наклона всего станка для отделочно-упрочняющей обработки деталей машин.

Экспериментальные исследования  подтвердили эффективность выполнения отделочно-упрочняющей  обработки  деталей в  рабочих органах станков в виде комбинированных винтовых роторов. Время обработки  при этом  ограничивается   4-5 минутами.

 

Обсуждение результатов

 

Проведенная работа по созданию инновационного оборудования для отделочно-упрочняющей обработки позволила создать станки, содержащие  упруго установленный на станине  со средствами для загрузки и выгрузки рабочий орган в виде комбинированного винтового ротора с торцевыми стенками эллиптической формы. Ротор установлен под острым углом α к оси его вращения и снабжен  по внутреннему периметру    винтовыми  карманами  различной формы (треугольной, полукруглой, многоугольной, волнообразной), а по наружному периметру выполнен с чередующимися винтовыми выступами (треугольной, полукруглой, многоугольной, волнообразной формы). При этом плоские торцевые стенки комбинированного   винтового ротора  смонтированы  под острым углом β одна к другой и под разными  острыми углами  ψ и φ к горизонтальной оси вращения ротора, а также повернуты относительно  оси вращения  и друг друга на угол ω.

 

 

Заключение

 

Технико-экономические преимущества от внедрения предлагаемых новых конструкций станков для отделочно-упрочняющей  обработки деталей - с рабочими органами в виде комбинированных роторов с волнообразной поверхностью по периметру - возникают не только за счет повышения производительности и надежности их работы, а также бесперебойной подачи, дозировки и надежности поступления обрабатываемых деталей и их вывода за пределы станка, но и за счет расширения технологических возможностей обработки.

 

References

1. Pat. 2672974 Rossiyskaya Federaciya, MPK V24V 31/023. Ustroystvo dlya otdelochno-uprochnyayuschey obrabotki / V.A. Lebedev, G.V. Serga, I.V. Davydova, S.Yu. Shtyn'; Donskoy gosudarstvennyy tehnicheskiy universitet. - № 2017144229; zayavl. 18.12.17; opubl. 21.11.18, Byul. № 33.

2. Pat. 2519398 Rossiyskaya Federaciya, MPK V24V 31/02. Stanok dlya himiko-otdelochno-uprochnyayuschey obrabotki detaley / G.V. Serga, V.V. Ivanov, V.A. Lebedev; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2013106597/02; zayavl. 14.12.13; opubl. 10.06.14, Byul. № 16.

3. Pat. 2528291 Rossiyskaya Federaciya, MPK V24V 31/02. Ustroystvo dlya otdelochno-uprochnyayuschey obrabotki / G.V. Serga, V.A. Lebedev, V.V. Ivanov; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2013106599/02; zayavl. 14.02.13; opubl. 10.09.14, Byul. № 25.

4. Pat. 2572685 Rossiyskaya Federaciya, MPK V24V 31/02. Ustroystvo dlya otdelochno-zachistnoy obrabotki / A.Yu. Marchenko, A.N. Ivanov, V.A. Lebedev, V.V. Ivanov, G.V. Serga; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2014129160/02; zayavl. 15.07.14; opubl. 20.01.16, Byul. № 2.

5. Pat. 2613517 Rossiyskaya Federaciya, MPK V01F 13/08. Apparat vihrevogo sloya nepreryvnogo deystviya / G.V. Serga, A.A. Kochubey, V.A. Lebedev; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2016110382/02; zayavl. 21.03.16; opubl. 16.03.17, Byul. № 8.

6. Pat. 2614009 Rossiyskaya Federaciya, MPK V01F 13/08. Apparat vihrevogo sloya / G.V. Serga, A.A. Kochubey, V.A. Lebedev; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2015153707; zayavl. 14.12.15; opubl. 22.03.17, Byul. № 9.

7. Pat. 2614013 Rossiyskaya Federaciya, MPK V01F 13/08. Apparat sloya vihrevogo / G.V. Serga, A.A. Kochubey, V.A. Lebedev; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2016110238; zayavl. 21.03.16; opubl. 22.03.17, Byul. № 9.

8. Pat. 2618568 Rossiyskaya Federaciya, MPK V01F 13/08. Apparat trubnyy vihrevogo sloya / G.V. Serga, A.A. Kochubey, V.A. Lebedev; Kubanskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet. - № 2016108190; zayavl. 09.03.16; opubl. 04.05.17, Byul. № 13.

9. Serga, G.V. Vnedrenie ideologii L.N. Koshkina v vibrouprochnyayuschey tehnologii na primere vintovyh rotorov / G.V. Serga, V.A. Lebedev // Vestnik RGTU im. P.A. Solov'eva. - Rybinsk, 2017. - № 2 (41). - S. 126-132.

10. Lebedev, V.A. Increase of efficiency of finishing-cleaning and hardening processing of details based on rotor-screw technological systems / V.A. Lebedev, G.V. Serga, A.V. Khandozhko // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2018. - № 327. - 042062.

11. Lebedev, V.A. Method for calculating the power of a rotor-screw machines / V.A. Lebedev, G.V. Serga, I.V. Davydova, T.V. Atoyan, I.G. Koshlyakova, A.V. Gordienko // MATEC Web Conf. - 226 (2018) 01007.

12. Lebedev, V.A. Main trends in intensification of rotor-screw processing of parts / V.A. Lebedev, G.V. Serga, I.V. Davydova, T.V. Atoyan, I.G. Koshlyakova, A.V. Gordienko // MATEC Web Conf. - 226 (2018) 01008.

Login or Create
* Forgot password?