ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ШНЕКОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ВИНТОВЫХ И ШНЕКОВЫХ ЗАГОТОВОК

 

RESEARCH FEATURES USING OF SCREW PARTS, OBTAINED FROM THE SCREW FLIGHTS AND AUGER BLANKS

 

Васылькив В.В. (ТНТУ имени Ивана Пулюя, г. Тернополь, Украина)

Vasylkiv V.V. (Ternopol National Ivan Pul'ui Technical University, Ukraine)

 

Показано многовариантную структуру конструктивных реализаций деталей типа шнеков. Предложено понятие шнековой заготовки,  секционной и длинномерной винтовой заготовок. Определены области использования различных видов указанных заготовок. Установлено проблемные вопросы применения конструкций и технологий изготовления винтовых изделий.

 

Multivariant structure of the design implementations screw parts is shown. The concept of auger billet, helical flight and sectional screw flight is suggested. Fields of use of different kinds of these blanks were determined. The problematic issues of using designs and manufacturing technologies screw products were considered.

 

Ключевые слова: винтовые заготовки, шнековые заготовки, деталь типа шнек.

Key words: screw flights, auger billets (blanks), screw part.

 

В современном машиностроении широко используют детали типа шнеков, к которым относят сплошные или пустотелые валы с винтовыми непрерывными или дискретными винтовыми элементами, приваренными или выполненными за одно целое с валом, спиральные изделия - в виде гибких спиралей, а также лопасти различных роторных смесителей. Основными общими конструктивными и технологическими признаками таких изделий является наличие витков, расположенных по винтовой поверхности в продольном направлении с большим шагом.

В настоящее время, детали типа шнеков приобретают все большее применение в различных отраслях промышленного производства. Подтверждением этого является заметная тенденция к росту объема и номенклатуры деталей, которые используют в качестве рабочих органов винтовых смесителей, измельчителей, грануляторов, сепараторов, шнековых транспортеров и винтовых спусков в строительной, пищевой и перерабатывающей промышленности, сельскохозяйственном машиностроении. Используют такие детали в конструкциях винтовых пылеулавливающих устройств и систем вентиляции (вихревые пылеочистители (циклоны)), в теплообменных аппаратах (холодильные установки, аппараты (конденсаторы) воздушного охлаждения, калориферы, радиаторы, теплоэнергонагреватели, подогреватели, экономайзеры и т.п.) в энергетике, холодильном машиностроении, в нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. В энергетическом и электротехническом машиностроении используют витые (ленточные) магнитопроводы роторов и статоров электрических машин и трансформаторов. В качестве рабочих органов эти детали применяют в виде винтовых свай, анкеров и буров в строительстве и добыче полезных ископаемых; роторов насосов и центрифуг в системах водоснабжения, нефтехимической, строительной и других отраслях промышленности и сельского хозяйства для перекачки жидкостей с повышенной плотностью и содержанием микропримесей т.д. При этом удельный вес винтовых транспортно-технологических механизмов в погрузочно-разгрузочных операциях составляет 40-45%.

В настоящее время в мире освоено производство более 10000 типоразмеров винтовых изделий, диаметром витков от 20 до 3600 мм и толщиной от 2 до 80 мм. Требования к конструктивному исполнению и технические условия на их изготовление регламентируются рядом нормативных документов. На территории стран СНГ номенклатура и типоразмеры шнеков для сельскохозяйственных машин регламентирует ГОСТ 2705-73, шнековых лесных фрез (ФЛШ-1, 2) - ТУ56-199-81, буровых шнеков - ГОСТ 24328-80 и ТУ3147-001-01423045-2007, прессов шнековых - ГОСТ 6113-84 и ГОСТ 4025-95, шнековых транспортеров общего назначения - ГОСТ 2037-75, шнеков угледобывающих комбайнов - ОСТ 12.44.286-85, ребристых труб с навивными ребрами - ТУ3113-018-07520139 -2008, винтовых свай и анкеров - ТУ5264-001-21477574-2013, ТУ5270-051-98799549-07, ТУ3.407.9-158 и т.д. Типоразмеры винтовых конвейеров за рубежом регламентированы стандартами IS:5563-1985 (R2005), CEMA STANDARD NO. 300, DIN 15261-2-1986" и др. Требования к проектированию, изготовлению, проверке, тестирования, обслуживания и эксплуатации шнеков в США описано в ANSI B20.1-1957 и положении №29 CFR1926.555 ведомства Федеральной безопасности и гигиены труда. Многие как отечественные, так и зарубежные фирмы в различных метрических системах разработали собственную градацию размеров винтовых спиралей, разместив их в рекламных проспектах и на официальных сайтах.

Рассматриваемые детали являются одними из технологически сложных. В частности, в общей стоимости изготовления шнекового транспортно- технологического механизма до 35% приходится на стоимость изготовления шнекового рабочего органа. В структуре технологического маршрута изготовления таких изделий ответственным и самим сложным этапом является изготовление винтовой спирали. Поэтому около десяти лет назад проф. Гевком Б.М. было введено понятие винтовой заготовки (ВЗ), а проф. Пилипцем М.И. понятие навивной (витой) заготовки. Это позволило расширить сферу использования результатов исследований. Кроме деталей типа шнеков было охвачено более широкий круг деталей машин цилиндрической и профильной формы, которые можно изготавливать с ВЗ. В частности, это тела вращения: витые гайки, зубчатые колеса, стопорные кольца и т.д. Общей частью ТП изготовления всех видов  деталей такого типа является получение винтовых спиралей. Поэтому, учитывая особенности их изготовления, рекомендуется применять понятия шнековой заготовки (ШЗ), секционной и длинномерной (геликоидной) ВЗ (рис. 1), позволяющих системно рассматривать многообразий технологических способов формообразования рассматриваемых заготовок методами литья металлов и сплавов, порошковой металлургии, обработки резанием и давлением, сборки, сварки, формообразования из полимерных материалов, керамики и резины.

Рисунок 1 - Многовариантная структура использования деталей машин типа шнеков, изготовляемых из ШЗ и ВЗ

 

Предложенные понятия целесообразно применять к полуфабрикатам, которые характеризуются винтовыми волокнами и наличием винтового тела, т.е. винтовыми поверхностями и винтовыми внешними и внутренними ребрами различных конфигураций и направления навивки. По конструктивному признаку ШЗ могут быть цельными, когда витки шнеков выполнены за одно целое с валом, и комбинированными, в которых ВЗ приварена к цельному или пустотелому валу (трубе). Такой подход позволил системно рассматривать области использования различных видов ВЗ и ШЗ в различных отраслях промышленности (рис. 2: НВЗ - навивные ВЗ, ВВЗ - вальцованные ВЗ, СВЗ - секционные ВЗ, ШЗ - шнековые монолитные заготовки, СкГЗ - скрученные ВЗ).

В результате мониторинга рынка использования технологических методов изготовления деталей типа шнеков установлено, что при одинаковых производственных условиях и программе ТП изготовления конструктивно-подобных изделий часто отличаются друг от друга, и поставленные задачи оцениваются по-разному в зависимости от постоянных приемов и опыта технического персонала. Значительное количество существующих научных и изобретательских технических решений не нашла практического воплощения.

а

б

Рисунок 2 - Области использования различных видов ВЗ и ШЗ с определенными геометрическими параметрами (шагом T, диаметром D и толщиной витка Hc) в различных отраслях промышленности: 1 - сельское хозяйство, 2 - пищевая промышленность, 3 - строительство и бурение, 4 - энергетическая и электро-техническая промышленность, 5 - промышленность производства и переработки пластмасс, химическая промышленность, 6 - горнодобывающая промышленность

 

В патентной документации имеет место дублирование технологий изготовления конструктивно-подобных винтовых изделий (например, изготовление спиралей шнеков и витых магнитопроводов). Кроме того, сопоставление упомянутых выше нормативных документов с учетом современных научных достижений в производстве ВЗ и ШЗ показал необходимость пересмотра действующих стандартов СНГ и приведения их в соответствие (гармонизация) с зарубежными нормативными документами и разработки базы данных унифицированных размеров таких заготовок разных видов и типовых технологий их изготовления.