Пути улучшения потребительских свойств профиля обшивы грузового полувагона

Чтобы сравнить, насколько полно та или иная характеристика учитывает влияние химсостава на показатели качества, рассчитали значения коэффициента достоверности аппроксимации Я2 для соответствующих парных линейных зависимостей С доверительной вероятностью 95% значимость Я2 наблюдаетсятолько для показателей механических свойств (табл. 3).

По сравнению с углеродными эквивалентами (1)—(6) предлагаемые характеристики в качестве факторов, как правило, дают более высокие значения Я2. И хотя указанное различие находится в пределах 1,5-6,3%, можно считать, что они более точно отображают влияние элементов химсостава на показатели качества катанки Кроме того , в пользу применения разработанных характе-ристик сввдетельствует и тот факт, что они включают именно те элементы химсостава, которые присутствуют в данных марках стали и оказывают значимое влияние на свойства и мик-

Таблица3

Оценка точности описания влияния химсостава на показатели качества

Характе- Коэффициент достоверности аппроксимации Я2

ристика ДСП ДСА

химсостава <зв, МПа 510, % V, % <зв, МПа 510, % V, %

X 0,6411 0,2641 0,3387 0,6824 0,3791 0,4888

СЭ! 0,6154 0,2676 0,3548 0,6754 0,3764 0,4673

СЭ2 0,6213 0,2633 0,3405 0,6791 0,3736 0,4584

Сэз 0,6163 0,2614 0,3250 0,6801 0,3780 0,4730

СЭ4 0,6138 0,2608 0,3271 0,6770 0,3774 0,4755

СЭ5 0,6249 0,2664 0,3629 0,6792 0,3749 0,4609

Сэб 0,6004 0,2594 0,3394 0,6693 0,3745 0,4579

роструктуру канатной катанки.

Использование разработанных характеристик повысит точность создаваемой модели взаимосвязи показателей качества с технологическими факторами процесса производства канатной катанки.

Библиографический список

1. Матвеев Б.Н. Методы повышения качества сорта и катанки // Производство проката. 2001. № 1. С. 40-47.

2. Исследование качества катанки, прокатанной на стане 150 с использованием низкотемпературного блока клетей / Гор-баневА.А., ЮнаковА.М., Шарф Й. и др. // Производство проката. 2000. № 2. С. 20-27.

3. Четыркин Е.М., Калихман И.Л. Вероятность и статистика. М.: Финансы и статистика, 1982. 318 с.

4. Формирование оптимальной микроструктуры в высокоуглеродистой катанке / Парусов В.В., Сычков А.Б., Жигарев М .А., Перчаткин А.В. // Сталь. 2005. № 1. С. 82-85.

5. Прокат изстали повышенной прочности. Общиетехническиеусловия: ГОСТ 19281-89. М.: Сганщартинформ, 1989. С. 18.

6. Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия: ГОСТ 5781-82. М.: Стан-дартинформ, 1982. С. 16.

7. Прокат периодического профиля из арматурной стали: СТО-АСЧМ 7-93. Магнитогорск, 1993. С. 28.

8. Румянцев М .И, Цепкин А.С., Чернусь П.С. Возможности совершенствования технологии производства жести электролитического лужения на основе учета возмущений химического состава стальной основы // Материалы 62-й научнотехнической конференции по итогам НИР за 2002-2003 гг. Т. 1 / Под ред. Г.С. Гуна. Магнитогорск: МГТУ, 2003. С. 46-48.

9. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике: Справочник / Под ред. Б.Е. Неймарк. М.; Л.: Энергия, 1967. 240 с.

УДК 621.771.63

Солодова Е.М., Шемшурова Н.Г., Локотунина Н.М.

ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ ПРОФИЛЯ ОБШИВЫ ГРУЗОВОГО ПОЛУВАГОНА

В последние годы состояние транс портных средств подходит к критическому уровню: зачастую вагоны не отвечают запросам потребителей по механическим и геометрическим характеристикам, грузоподъемности, скорости доставки, трудоемкости погрузочно-разгрузочных работ.

В значительной мере в вагоностроении исполь-зуются профили высокой жесткости (ПВЖ) - лис -товые профили с периодически повторяющимися продольными или поперечными гофрами, характе -

ризующиеся высокой конструктивной готовностью и низкой материалоемкостью. Они являются важными деталями конструкции грузовых полувагонов производства ФГУП «ПО Уралвагонзавод».

Основным недостатком ПВЖ с продольными гофрами является пониженная жесткость в поперечном направлении. Для повышения жесткости в обоих направлениях предложено наносить и продольные, и поперечные гофры на одно и то же место заготовки, такие профили получили

Пути улучшения потребитепьскихсвойств профиля обшивы.

Солодова ЕМ., Шемшурова Н.Г., Локотунина НМ.

название профилей изотропной жесткости (ПИЖ). Их, как и ПВЖ, предполагается производить на уникальном 3-клетьевом профилегибочном агрегате (ПГА) 1-5 х 300-1650.

Применение ПИЖ в качестве боковой обшивы грузовых железнодорожных полувагонов позволит сократить количество горячекатаных стоек из корытного профиля, которые в настоящее время используют для повышения жесткости конструкции полувагона в поперечном направлении. Кроме того, данное решение позволит облегчить эту конструкцию.

С помощью Microsoft Excel была разработана программа оптимизации формы и размеров ПИЖ и предложен новый вид профиля из стали марки 10ХНДП толщиной 3,6 мм.

Форму гофров в продольном направлении листа предложено оставить аналогичной существующей верхней обшиве полувагона (т.е. трапециевидной), а поперечный гофр с целью минимизации концентрации напряжений должен иметь форму полукруга. Размеры трапециеввд-ного гофра остаются такими же, как у аналога, а форму и размеры полукруглого гофра выбираем, решая задачу оптимизации Так как необходимо повысить жесткость профиля в поперечном направлении, то в качестве целевой функции выбираем момент сопротивления (Wx) относительно оси x. Варьируемыми параметрами являются элементы гофров жесткости

В результате решения задачи оптимизации по -лучены размеры поперечных гофров, которые представлены в табл. 1 и 2. Величины варьируемых параметров удовлетворяют ограничениям задачи.

Таким образом, предлагаемые ПИЖ позволят повысить момент сопротивления относительно оси х на 97,8%, а значит, и жесткость верхней боковой обшивы полувагона в поперечном на -правлении повысится.

Кроме геометрических параметров необходимо было оптимизировать механические свойства профиля. В этом случае в качестве целевой функции был выбран показатель «временное сопротивление разрыву» листовой заготовки для обшивы полувагона из стали марки 10ХНДП:

Таблица 1

ов 470,52 -+=56,950 - 4271,09 N2 + +193,03 Al +1685,42Ti.

В дальнейшем предполагается комплексная оптимизация ПИЖ по геометрическим параметрам и механическим свойствам профиля. В этом случае за целевую функцию принимаем относительный показатель прочности, удовлетворяющий критериям конструктивной прочности [1]:

Расчетные значения геометрических характеристик гофров жесткости

Вид гофра

см4

6480

Jx,

см4

67,7

Wy, см3

216

Wx, см3

2S,3

F,

см2

21,6

B,

мм

600

Примечание:

Зх, Зу - момент инерции поперечного сечения гофра относительно осей хи у;

Жх, Жу - момент сопротивления поперечного сечения гофра от носительно осей х и у;

В - ширина элемента заготовки для формовки гофра;

Е - площадь поперечного сечения гофра.

Таблица 2

Расчетные значения оптимальных размеров гофров жесткости

Элементы гофра

L b d d1 e R1 R2

1 600 39,6 200 75 100 50 50

2 298 39,6 72 - 77 26 60

ц _ WnpO<p

проф

гДе Щ, ф, W&E - момент сопротивления нового и базового профилей; сВпроф, св6аз - временное сопротивление разрыву нового и базового профилей.

Чтобы увеличить прочностные характеристики профиля или оставить их на прежнем уровне, необходимо максимизировать целевую функцию.

Значения характеристик механических свойств и массовых долей химических элементов (варьируемые параметры) в стали марки 10ХНДП изменяются в пределах в соответствии с ГОСТ 19282 и доверительным интервалом [2].

В качестве ограничений выбраны запас пластичности металла (д) и отношение от/ов:

Mn

q =-----:---------— > 1,5,

s_

где S5 - относительное удлинение металла при

1

испытании образцов на растяжение; 8; - интенсивность деформации наружных волокон в месте изгиба заготовки.

Известно [3], что запас пластичности металла при профилировании не должен быть меньше 1,5, так как промышленный металл имеет значительное колебание механических свойств из-за неоднородности химического состава в стали и неравномерной деформации Кроме того, при профилировании важную роль играет соотношение величины зазора между валками и фактической толщиной формуемого металла, которая может быть с плюсовым допуском. В этом случае металл в месте гиба получает дополнительную деформацию. Поэтому коэффициент запаса пластичности должен быть не менее полутора -двух единиц [3].

Одним из показателей бездефектной деформируемости заготовки при профилировании является величина отношения от/ов. Для стали 10ХНДП оптимальная величина (в аспекте предотвращения трещинообразования и волнистости кромок профилей), определенная ранее, от/ов =0,72-0,75 [4]. Предварительно определены рекомендуемые значения процентного содержания химических эле -ментов в стали марки 10ХНДП, которые определяют наилучшие механические свойства при производстве ПИЖ.

Таблица 3

Элементы химического состава, % Значения механических характеристик профиля

С Сг N2 АІ Ті ств, Н/мм2 Стт, Н/мм2 54, %

0,12 0,8 0,008 0,15 0,001 512,6 390,2 30,3

Библиографический список

1. Шемшуроа Н.Г., Локотунина Н.М., Антипанов В.Г., Корнилов В.Л. Пути повышения потребительских свойств гнутых профилей, производимых в ОАО «ММК»: Учеб. пособие. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. 99 с.

2. Оценка качества стали для производства профилей изотропной жесткости / Е.М. Солодова, Н.Г. Шемшурова, Н.М. Локотунина // Моделирование и развитие процессов обработки металлов давлением: Межрегшн. сб. науч. трудов. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. С. 98-101.

3. Шемшурова Н.Г. Профили высокой жёсткости: Метод. указ. к практическим занятиям, самостоятельной работе, курсовому и дипломному проектированию для студентов спец. 1106. Магнитогорск: МГМА, 1997.

4. Корнилов В.Л. Совершенствование технологии производства стальных гнутых профилей с целью повышения их потребительских свойств: Дис. ... канд. техн. наук. Магнитогорск: МГТУ, 2000.