НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ КОНСОЛЬНЫХ КАБЕЛЕДЕРЖАТЕЛЕЙ ТИПА ККЧ-3; 4; 6

Полный текст

Консоли, типа ККЧ (рис. 1) [1], согласно ГОСТ 8850-80, а также ТУ 45-87- 6е.413000, принятому в одном из основных поставщиков этой продукции ЗАО «Связьстройдеталь», Москва, должны изготавливаться литьем из серого чугуна марки не ниже СЧ-15 (ГОСТ 1412-85) [2]. Рис. 1. Форма и размеры поперечного сечения консоли ККЧ-2 Приемка готовой партии консолей осуществляется по многим параметрам, но одним из определяющих является их механическая прочность. Для этого консоль закрепляют болтовым соединением к несущей поверхности (полностью соответствует условиям эксплуатации), а с противоположной стороны в центре крайнего ручья прикладывается сила в 160 кг (1570 Н) с выдержкой под нагрузкой в течение 10 мин. После испытания производится внешний осмотр консоли на предмет появления трещин, механические повреждения не допускаются [3, 4]. Моделирование напряженно-деформированного состояния двухручьевой консоли ККЧ-2 (использовался комплекс программ «Ansys») показали возможность уменьшение массы детали на 23,4 % [5]. В настоящей работе проведены аналогичные расчеты других используемых типов консолей - трех-, четырех- и шестиручьевых с целью нахождения минимально возможных размеров ребра и ложа, а также массы изделий (рис. 2). Рис. 2. Геометрическая модель (вверху) и конечно-элементная сетка (внизу) 4-х ручьевой консоли ККЧ-4 Конечно-элементная сетка (программный пакет Siemens NX, решатель NX NASTRAN) создавалась в виде трехмерных тетраэдральных элементов с 10 узловыми точками на каждом элементе размером 5 мм [6, 7]. Для всех вариантов расчетов использовались одинаковые граничные условия - ограничение в виде «заделки» на плоскости, закрепляемой консольным болтом (рис. 3). Рис. 3. Плоскость закрепление («заделка») для консоли Стандартная сила 1570 Н прикладывается по линии в центре дальнего от заделки ложа, перпендикулярно оси консоли (рис. 4). Рис. 4. Схема приложения стандартной нагрузки по центру крайнего ложа Рис. 5. Распределение напряжений (МПа) для 3-х ручьевой консоли ККЧ-3 Рис. 6. Распределение напряжений (МПа) для 6-ти ручьевой консоли ККЧ-6 Для каждого вида консолей (ККЧ-3; 4; 6) были просчитаны 9 вариантов различных сочетаний толщин ребра жесткости и ложа с шагом 2 мм (табл. 1) [8]. Для самого неблагоприятного с точки зрения нагружения варианта расчета №9, ввиду минимальных толщин рассматриваемых элементов консоли, на рис. 5; 6 показаны характерные картины распределения продольных и поперечных напряжений в консолях ККЧ-3 и ККЧ-6. Таблица 1. Варианты расчетов для исследуемых консолей № расчета Материал консоли Нагрузка, Н Толщина ребро, мм ложе, мм 1 СЧ-20 1570 8,0 8,0 2 СЧ-20 1570 8,0 6,0 3 СЧ-20 1570 8,0 4,0 4 СЧ-20 1570 6,0 8,0 5 СЧ-20 1570 6,0 6,0 6 СЧ-20 1570 6,0 4,0 7 СЧ-20 1570 4,0 8,0 8 СЧ-20 1570 4,0 6,0 9 СЧ-20 1570 4,0 4,0 Отметим, что аналогичные по характеру распределения картины получены и для других вариантов расчета. Сводные результаты рассмотренных вариантов расчетов консолей типов ККЧ-3; 4; 6 представлены в табл. 2-4. Таблица 2. Результаты расчетов консоли с 3-мя ручьями ККЧ-3 № расч. Особенность конструкции Продольные напряжения, МПа Поперечные напряжения, МПа Масса, кг ребро, мм ложе, мм 1 8,0 8,0 139,74 37,89 1,944 2 8,0 6,0 149,63 55,39 1,777 3 8,0 4,0 160,24 62,83 1,613 4 6,0 8,0 172,03 42,72 1,832 5 6,0 6,0 177,88 69,22 1,654 6 6,0 4,0 202,41 72,22 1,481 7 4,0 8,0 226,94 57,96 1,720 8 4,0 6,0 249,40 70,95 1,532 9 4,0 4,0 272,68 89,32 1,350 Таблица 3. Результаты расчетов консоли с 4-мя ручьями ККЧ-4 № расч. Особенность конструкции Продольные напряжения, МПа Поперечные напряжения, МПа Масса, кг ребро, мм ложе, мм 1 8,0 8,0 154,55 45,91 3,186 2 8,0 6,0 165,90 59,68 2,660 3 8,0 4,0 175,91 63,86 2,434 4 6,0 8,0 192,24 47,06 2,661 5 6,0 6,0 206,61 62,90 2,419 6 6,0 4,0 222,81 72,53 2,180 7 4,0 8,0 255,20 63,06 2,434 8 4,0 6,0 288,36 74,41 2,179 9 4,0 4,0 308,50 84,08 1,928 Из анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы. 1. Продольные напряжения существенно превышают поперечные напряжения. 2. Уменьшение размеров поперечного сечения приводит к росту напряжений, наиболее «опасные» продольные растягивающие напряжения возникают в верхних слоях, в то время как нижние слои остаются сжатыми. Таблица 4. Результаты расчетов консоли с 6-ю ручьями ККЧ-6 № расч. Особенность конструкции Продольные напряжения, МПа Поперечные напряжения, МПа Масса, кг ребро, мм ложе, мм 1 8,0 8,0 170,48 55,69 4,746 2 8,0 6,0 180,82 68,89 3,999 3 8,0 4,0 197,61 70,02 3,649 4 6,0 8,0 212,43 54,65 3,994 5 6,0 6,0 231,17 73,10 3,621 6 6,0 4,0 249,14 84,30 3,253 7 4,0 8,0 283,38 73,63 3,646 8 4,0 6,0 315,60 91,17 3,246 9 4,0 4,0 347,81 103,58 2,860 3. Для трех- четырех- и шестиручьевой консолей найдены минимально возможные значения толщин ребра жесткости и ложа (? = 6 мм, ? = 4 мм; ? = 6 мм, ? = 6 мм; ? = 8 мм, ? = 4 мм соответственно), при которых напряжения в опасных сечениях консолей находятся вблизи предела прочности для чугуна марки СЧ-20, принятого равным 200 МПа. 4. Возможное уменьшение массы составляет примерно 22…24 % от первоначальной величины. Однако учитывая большие исходные значения массы консолей ККЧ-3; 4; 6 по сравнению с ККЧ-2 абсолютные величины снижения расхода материала будут еще более значимыми. 5. Учитывая значительную потребность в указанных деталях (сотни тысяч штук в год) можно говорить о существенной экономии при их изготовлении и, как следствие, снижении цены. В заключении укажем, что основные направления дальнейших исследований по данной тематике с нашей точки зрения должны заключаться в следующем: - проведение проверочных экспериментальных исследований для консолей с найденными измененными геометрическими параметрами лож и ребра жесткости; - внесение обоснованных изменений в технические условия как по предельным нагрузкам при приемке консолей, так и уменьшении размеров толщин лож и ребер жесткости. Учитывая, что в настоящее время прокладываемые кабели имеют значительно меньшую массу желательно внесение изменений в технические условия касательно применяемых предельных нагрузок при приемочных испытаниях. Основываясь на проведенных исследованиях, необходима разработка новых ГОСТов на рассматриваемый вид изделий. На основе полученных результатов целесообразно также рассмотреть вопросы перехода при изготовлении консолей на новые материалы (пластики, композиты и т.д.) с целью повышения их эксплуатационных свойств, еще большего снижения массы и возможного уменьшении стоимости.

Об авторах

АНДРЕЙ АВЕРКИЕВИЧ ФРОЛОВ

Московский политехнический университет, Москва, Россия

Автор, ответственный за переписку.
Email: afrol@inbox.ru

кандидат технических наук, доцент, Московский политехнический университет. Научные интересы: обработка металлов давлением (ОМД), формообразование деталей методами литья и ОМД

Россия, Россия 111250, Москва, ул. Большая Семеновская, 38

ЮРИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ МОРОЗОВ

Московский политехнический университет, Москва, Россия

Email: akafest@mail.ru

кандидат технических наук, доцент, Московский политехнический университет. Научные интересы: исследование и разработка с математическим обеспечением эффективных процессов обработки металлов давлением. Контактная информация: e-mail: akafest@mail.ru Верхов Евгений Юрьевич, кандидат технических наук, доцент, Московский политехнический университет. Научные интересы: обработка металлов давлением, формообразование деталей листовой штамповкой

Россия, Россия 111250, Москва, ул. Большая Семеновская, 38

ЕВГЕНИЙ ЮРЬЕВИЧ ВЕРХОВ

Московский политехнический университет, Москва, Россия

Email: uv.evg.yourich@mail.ru

кандидат технических наук, доцент, Московский политехнический университет. Научные интересы: обработка металлов давлением, формообразование деталей листовой штамповкой.

Россия, Россия 111250, Москва, ул. Большая Семеновская, 38

Список литературы