Введение к работе
Актуальность проблемы. Увеличение мощности дизельных двигателей транспортного назначения неразрывно связано с проблемой соз-дания высоконапорных турбокомпрессоров (ТК).
Острая конкурентная борьба между отечественными и зарубежными производителями ТК за рынки сбыта заставляет их постоянно улучшать показатели качества своих изделий, к которым относятся ресурс, 1\ПД и цена.
Основными конструктивными элементами, определяющими ресурс и надежность ТК, являются элементы замкового соединения (ЭЗС) турбинных лопаток с диском, работающие при больших окружных скоростях (до 500 м/с) и высоких уровнях температур (до 700С).
Как показывает анализ инженерной деятельности, связанной с процессами проектирования и изготовления ЭЗС, работа по повышению показателей качества ЭЗС ведется раздельно по двум направлениям:
расчетные проработки па стадии конструирования:
технологическая проработка и подготовка производства.
На стадии конструирования определение показателей качества осуществляется методами, позволяющими получить лишь приближенную оценку этих показателей из-за упрощенности применяемых моделей, не учитывающих особенности геометрии ЭЗС и поведения многоопорных стыковых соединений, прострапственпость приложения нагрузок.
Назначение технологических параметров ЭЗС (шероховатость поверхностей контакта, допуски на изготовление) производится исходя из минимальных затрат на их получение-без учета конструктивных особенностей ЭЗС, свойств материалов, условий эксплуатации и способа окончательной механической обработки.
Необходимость обеспечения требуемого ресурса, при столь низкой точности методов его прогнозирования, приводит к необходимости многократного увеличения запасов прочности, что влечет за собой значительное снижение показателей качества, а именно:
завышение инерционных характеристик ротора, отрицательно сказывающихся па приемистости силовой установки, ее экологических показателях и экономичности;
увеличение металлоемкости ТК и нерациональное применение дорогостоящих никелевых сплавов, сказывающееся па цепе изделия;
невозможность сохранения габаритных размеров ТК при наращиваниии форсировки.
Необходимость в новых методах обеспечения показателен качества ЭЗС, основанных на комплексном подходе, учитывающим взаимовлияние всех этапов создания ТК, таких как конструкторская проработка, технологическая подготовка, а так же особенности эксплуатации и обуславливает актуальность диссертационной работы.
Цель работы. Повышение качества ЭЗС ТК транспортного назначения па основе расчетных и технологических методов, учитывающих взаимовлияние конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: расчетио-аналитические и численные методы математического моделирования, лабораторные испытания, вероятностно-статистические методы исследования.
Научная новизна. Впервые разработана методика комплексного подхода к обеспечению показателей качества ЭЗС ТК транспортного назначения, учитывающая и взаимоувязывающая этапы конструкторской проработки, технологической подготовки и особенности эксплуатации. При этом обеспечивается возможность учета любых геометрических особенностей конструкции ЭЗС, их контактного взаимодействия и способов механической обработки контактных поверхностей.
На защиту выносятся:
разработанная математическая модель обеспечения показателей качества ЭЗС;
установленные связи между конструктивными и технологическими параметрами ЭЗС для конкретных условий эксплуатации;
оригинальная математическая модель контактного конечного элемента, позволяющая учитывать при проектировании влияние па напряженно-деформированное состояние (НДС) замка макро- и мпкропрофпля поверхностей контакта, формируемого в процессе механической обработки;
рекомендации по технологическому обеспечению качества ЭЗС.
Практическая, ценность. Предложенная методика позволяет па стадии проектирования обеспечить требуемые показатели качества ЭЗС, за счет подбора оптимальных технологических параметров. Использование комплексного подхода к обеспечению показателей качества позволяет снизить металлоемкость изделия и его себестоимость при сохранении требуемого ресурса, обеспечивая, тем самым, высокую конкурентоспособность изделия.
Реализация результатов работы. Результаты работы используются при проведении перспективных разработок и модернизации серийно выпускаемых ТК в СКЪТ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
международной конференции «Научно-технические проблемы прогнозирования надежности и долговечности металлических конструкций п методы их решения». С.-Петербург, 1995 г.;
международном симпозиуме «Потребители -- производители компрессоров и компрессорного оборудования — 1996». С.-Петербург, 1996 г.;
международной научно-технической к о п ф е р е н ц п и «Проблемы управления точностью автоматизированных производственных систем». Пенза, 1996 г.;
международном научно-техническом совещании «Динамика и прочность авиационных двигателей». Самара, 1996 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы четыре печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 102 наименований и содержит 141 страницу машинописного текста,.. 54 рисунка, 20 таблиц, приложений па 19 страппцах. Общий объем диссертации составил 229 страниц.
