Автоматизация управления технологическими процессами восстановления эксплуатационных свойств полимеров

• Автор: Попов, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ИЗ ТЕРМОПЛАСТОВ
1.1 Эксплуатационные свойства деталей из термопластов. Уровень производства и перспективность полиамидов

1.2 Факторы, влияющие на механические свойства полимеров

1.2.1 Влияние влаги - сорбция и десорбция влагопоглощения

1.2.2 Механизм процессов протекающих при воздействии тепла, кислорода и света

1.2.3 Ударные нагрузки, динамическая усталость

1.3 Сепаратор подшипника буксового узла как пример использования детали из полимерных материалов

1.4 Контроль качества полимерных изделий

1.5 Возможности использования современных технологий для решения задач обеспечения долговечности деталей машин
1.5.1 Методы восстановления полимерных материалов
1.5.2 Сравнение способов сушки материалов
1.6. Анализ оборудования электротермической обработки полимерных материалов и состояния вопроса его автоматизации
1.7 Выводы по главе
1.8 Постановка цели и задач исследования
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИАМИДОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НАГРЕВА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
2.1 Анализ возможных дефектов полиамидных деталей на примере сепараторов буксовых подшипниковых узлов и причины их возникновения
2.2 Исследование влияния сезонных условий эксплуатации изделий из полиамидов на их эксплуатационные свойства
2.3 Система управления экспериментальной установкой ВЧ нагрева
2.4 Восстановление изделий из полиамида с использованием экспериментальной установки ВЧ-нагрева
2.5 Выводы по главе
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО НАГРЕВА ТЕРМОПЛАСТОВ В СЛУЧАЕ ПЯТИСЛОЙНОЙ ПЛАСТИНЫ
3.1 Математическая модель ВЧ-нагрева полимера с внутренним источником тепла
3.2 Программный комплекс А1ео_НРН
3.3 Исследовательские возможности программного комплекса
3.4 Практическое использование программного комплекса А1ео_НЕН
3.5 Выводы по главе
4 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1 Способ высокочастотной обработки деталей из полиамида и устройство для его осуществления
4.1.1 Аппаратная платформа автоматизированной системы управления
4.1.2 Контроль частичных разрядов на основе анализа динамики изменения анодного тока
4.1.3 ВЧ-обработка полимерных деталей малой толщины
4.1.4 Алгоритм функционирования автоматизированной системы управления процессом ВЧ-сушки изделий из полимеров
4.2 Приспособление для высокочастотной обработки деталей из пластмасс сложной геометрии на примере сепаратора подшипника буксового узла
4.3 Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д

ВВЕДЕНИЕ
Современное машиностроение характеризуют высокий уровень конкуренции, повышенные требования к качеству изделий, сокращение цикла производства, снижение материалоемкости и массы самого изделия. Поэтому в последние десятилетия в ряде отраслей промышленности все большее применение стали находить полимеры [66, 81]. Коррозионная стойкость, высокая удельная прочность,
антимагнитные свойства и технологичность позволяют использовать их взамен цветных металлов, нержавеющих сталей и других конструкционных материалов. Объемы производства крупнотоннажных полимеров в России продолжают расти как за счет увеличения загрузки мощностей, так и за счет ввода новых производств [71]. Еще в первой половине прошлого века и за истекший период полиамиды (ПА) и ПА-6 являются предметом многочисленных исследований. Несмотря на то, что в последние десятилетия отмечен рост числа новых работ, направленных на углубление представлений о тонкой структуре полимеров, их релаксационных свойствах, химии и технологии полиамидных смесей и сплавов, проблем, связанных с производством полимеров, их хранением и эксплуатацией остается много. Наряду с положительными характеристиками полимеры обладают рядом недостатков. Даже при достаточно непродолжительном времени использования композитных пластмасс для изготовления ответственных деталей и узлов машин выявились вопросы, связанные с причинами преждевременного выхода изделий из строя. Такие проблемы, например, выявились при эксплуатации полиамидных сепараторов подшипников буксовых узлов железнодорожного подвижного состава. Гарантийный срок эксплуатации полиамидных сепараторов большинства подшипников качения составляют 15 лет [95], что не согласуется с данными ГОСТ на этот же полимер, где декларируется снижение прочностных характеристик полиамида до 50% по истечению только одного года (даже при его хранении) [50,74].
В связи с этим весьма актуальными становятся исследования кинетики разрушений полиамидных материалов и создании энергоэффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами,

молекулярное трение с выделением теплоты. Энергия электромагнитных волн, затрачиваемая на преодоление этих трений, будет превращаться в тепло.
Теоретическому анализу процессов ВЧ-обработки пластмасс посвящен целый ряд публикаций [10, 96, 27, 85]. В соответствии с [10, 96] уравнение нестационарной теплопроводности с внутренними источниками тепла, описывающее процесс обработки термопластов, имеет вид:
5Т Э2Т р
дт дх с рр
где: Т - коэффициент температуро-проводности термопласта; х - текущая координата (текущая толщина свариваемых деталей); Тэ - температура электродов рабочего конденсатора; Т - локальная температура термопласта; Тн - начальная
температура термопласта; т - время; 1 - толщина свариваемой детали; ср - удельная
теплоемкость; р0 - плотность термопласта.
Уравнение (5) с условиями показывает, что при ВЧ-обработке поток тепла от нагреваемого термопласта движется к электродам, которые изначально имеют температуру Гн. В [71] в дополнение к сказанному подробно разработаны методики оценки и расчета температуры в зоне ВЧ-обработки.
Как общеизвестный факт можно отметить следующее: под действием электромагнитного поля высокой частоты происходит испарения влаги, тепло - и массообмен с окружающей средой. Поверхностные слои обезвоживаются и контактируя с электродами конденсатора теряют тепло. Поэтому температура и влажность материала внутри значительно выше, чем снаружи. Возникают градиенты температуры и влагосодержания, за счет которых влага изнутри перемещается к поверхности. В отличие от конвективной сушка происходит значительно интенсивнее.
При этом способе сушки испарение происходит по всему объему. Изменяя напряженность поля, можно регулировать температуру материала при сушке. Мощность, выделяющаяся в единице объема диэлектрика, может быть определена по формуле основного уравнения электротермического нагрева [69]:
Руд. = 5,53-КГ" -Е2 • f •s^tg8, (6)