Mathematic modeling of the induction heating in recuperating of the operation characteristics of culinder-shape parts

Розроблено математичну модель для визначення питомої потужності теплових джерел, які виникають у результаті індукційного нагріву масивних циліндричних тіл. Такий нагрів використовується в технологічних процесах відновлювання експлуатаційних властивостей коліс залізничного транспорту методом нарощування їхньої робочої поверхні за допомогою заливки рідкого металу і схоплення його з підготовленою для відновлювання поверхнею. За допомогою розробленої математичної моделі проведено дослідження залежності питомої потужності теплових джерел від частоти і сили струму в індукторі й тривалості нагрівання.The increase of durability and reliability of parts and operating members of machines and mechanisms is one of the most important issues for various sectors of the economy of Ukraine. In order to improve the parts wear resistance during operation, their working surfaces are strengthened by various surfacing methods. Available surfacing processes of worn working cylindrical bodies, induction ones in particular, possess some disadvantages: relatively low productivity, large energy consuming and uneven thickness of the surfacing metal. To improve these characteristics, theoretical foundations of improving welding technology and increasing of its energy efficiency should be developed. A mathematical model to determine the specific power of heat sources, resulting from the induction heating of huge cylindrical bodies, has been developed. This type of heating is applied in industrial processes for the recuperating of rail transport wheels performance characteristics by growing of their working surface and pouring with a liquid metal and connection of it with prepared for recuperation surface. Applying the developed mathematical model, the investigation for the dependency of heat source specific power on the frequency and current strength in the inductor and heating duration has been conducted. It was found that for the development of the recuperation technology of worn working surfaces of cylindrical shape bodies it is necessary to heat its prepared end area up to 1300–1450°C to prepare the crucible for pouring in it the molten metal and further cooling of base metal together with the poured in the crucible. At temperature 1450–1600°C both the poured liquid metal and prepared on the border between them the base metal are in the liquid state and in the amount of liquid metal and austenite, that is, conditions for their mutual mixing and diffusion will be created to promote their real joining

Application of aluminium coagulants for the removal of sulphate from mine water

he results of treatment of solutions with high sulphates concentration and the high rate of water hardness are given. It is shown that the significant reduction of secondary pollution by chlorides achieved through an integrated use of aluminium hydroxchloride and sodium aluminate coagulants. It was found that the efficiency of water purification of sulphates and water softening can be increased with the carbon dioxide processing

Studying the processes of sulphates and chlorides extraction from water at low-waste water demineralization technology

To solve the disposal problem of high-salinity liquid wastes resulting from the water demineralization, researched are the processes of chlorides’ and sulphates’ ion-exchange separation with further sulphates (in the form of calcium sulphate) removal from the technological cycle. It is shown that the desulphatized water can be effectively desalinated by reverse osmosis filters, including low-pressure membranes Filmtec TW30-1812-50. The liquid waste obtained in form of concentrates, does contain chlorides, sodium ions and hardness ions. Established is that at these concentrates processing by lime and sodium carbonate or alkali and sodium carbonate they are softened with hardness decrease up to 0,25…0,95 mg-eq/dm3, which allows these solutions’ further electrolysis to obtain alkali and hydrochloric acid. Through direct electrolysis of concentrates, obtained by reverse osmosis water desalination at anionic membrane two-chamber electrolysers, we obtained a disinfectant solution containing chlorine oxigenates (active chlorine, hypochlorite, chlorite and sodium chlorate) and duly effective in water sterilization. The resulting solution well keeps its properties and is promising for disinfection of natural and waste waters

Establishment of the temperature field on surface metal wheels worn when the temperature in part near exceed the temperature Curie point

Розроблено математичну модель для визначення джерел нагріву, коли температура на торці колеса перевищує температуру Кюрі, яка необхідна для одночасного нагрівання спрацьованого металевого колеса по всій робочій поверхні з метою нарощування його методом заливки рідкого металу в тигель і схоплення його з робочою поверхнею колеса, що дозволяє значно підвищити продуктивність і якість процесу та зменшити матеріальні й трудові затрати в порівнянні з існуючими методами відновлення металевих коліс.A mathematical model to determine the sources of heat when the temperature at the wheel ends exceeds the Curie temperature which is necessary for the simultaneous heating of the metal wheels worn throughout the working surface to increase it by pouring molten metal in the crucible and its grip on the wheel working surface that can significantly improve productivity and process quality and reduce material and labor costs compared with existing methods of recovery of metal wheels

Evaluation of efficiency of coagulant obtained from elaborated red sludge from alumina plant

В роботі досліджено ефективність зниження кольоровості та каламутності води річки Дніпро за допомогою існуючих коагулянтів Al2(SO4)3·18 H2O та FeCl3·6 H2O та синтезованого коагулянту із червоного шламу глиноземних заводів (ШК). При проведенні експериментальної частини роботи у лабораторних умовах використовували такі оптимальні дози коагулянтів: 0, 1, 2, 5, 10 мг/дм3 з розрахунку по Al2O3 та Fe2O3. Об’єм проб, що піддавались дослідженням, сягали 200 дм3 . Для моделювання забруднень використовували модельні розчини бентоніту з концентрацією 100 мг/дм3 , гумату натрію з концентрацією 16,8 мг/дм3 , каоліну з концентрацією 100 мг/дм3 та природну воду річки Дніпро. На підставі аналізу отриманих експериментальних даних встановлено, що ШК нічим не поступається існуючим та широко використовуваним коагулянтам. При очищенні та знебарвленні води річки Дніпро ШК показав кращі результати. Тому, можемо сказати, що отримання «альтернативних» коагулянтів із відпрацьованих відходів є цілком перспективним та економічно вигідним напрямком дослідження та розробок нових реагентів водоочищення та водопідготовки.In document, the effectiveness of reducing the chromaticity and turbidity of the Dnipro river water was investigated and estimated by means of existing coagulants Al2(SO4)3·18H2O and FeCl3·6H2O and synthesized coagulant from the red sludge of alumina plants - SC. During the experimental part of the work in the laboratory, the following optimal dosages of coagulants were chosen, namely, 0, 1, 2, 5, 10 mg/dm3 based on Al2O3 and Fe2O3. The volume of samples of the solutions, which were subjected to the study, reached 200 ml. Model solutions of bentonite with a concentration of 100 mg/dm3 , sodium humate with a concentration of 16.8 mg/dm3 , kaolin concentration of 100 mg/dm3 and natural water of the Dnipro River were used. Based on the analysis of the experimental data obtained, it was found that the alternative coagulant is not inferior to the existing and widely used coagulants. During clearing and discoloration of the Dnipro river waters, the SC showed better results. Therefore, it can be said that obtaining "alternative" coagulants from waste products is a very promising and economically viable direction of research and development of new reagents for water purification and water treatment

Expansion of technological possibilities for vibration-centrifugal machining of details

Проведено дослідження взаємодії гранул абразивного середовища з оброблювальною поверхнею в процесі вібраційно-відцентрового оброблення. Технологічний процес оброблення деталей машин вільними абразивами здійснюється в якості зачисного, шліфувального і зміцнювального оброблення деталей складної конфігурації і малої жорсткості має важливе народногосподарське значення. Виявлено закономірності зміни мікрогеометрії і фізико-механічних властивостей поверхневого шару оброблювальної поверхні, проведено експериментальні дослідження у вібраційно-відцентровій установці з робочою камерою в карданному підвісі, кінематика якої забезпечує складні кутові коливання поверхневих точок робочої камери, що відповідає одному із найінтенсивніших видів вібраційного оброблення в сипучому абразивному середовищі.Vibration processing of details in concrete abrasive environment is commonly used during the final processing which is accompanied by a great number of micro impacts of inter abrasive granules as well as the surface being processed. The technological processes of grinding, polishing and strengthening processing of details are defined by the nature of changing the roughness and physical and mechanical properties of surface layer as well as its strengthening. This phenomenon is defined by the complexity and intensity of movement of working environment and its characteristics. The technological process of vibration processing can be improved with the use of new highly efficient process of centrifugal processing in concrete environment of special cells with additional movements. This process provides the increasing of quality and efficiency of technological process while processing the surfaces of different geometrical complexity. The improvement of intensity and quality of processing the complex non-rigid surfaces of machine details can be reached with the help of vibration centrifugal processing by means of free abrasives in installations with rough kinematical scheme which create complex movement of working medium inside the cell. The movement of working cell can not only be spatial or planetary, it can be made along the complex spatial curve as well. The installations worked out on this basis to process the details in concrete environment with free abrasives provide the increasing of its efficiency and intensity. Thus the theme of the work is to investigate the interaction of free abrasive granules in the working environment with the surface being processed during the vibration process of details and optimization of technological process. The nature of interaction of abrasive granules with the surface being processed is set to depend not only on the power of dynamic impact and its measurements, but on the geometrical form, granularity and so on. The abrasive filler is set to be chosen depending on the nature of operations, requirements to the quality of processing, shape of measurements and properties of details being used, the value of initial roughness of surface and its characteristics. The development of fillers of abrasive concrete working environment of different geometrical form on the basis of highly molecular joints (plastics, foams, resins and so on) allows to change the size, mass, granularity of abrasive constituent fillers. On the basis of carried out research the value of power and technological parameters of technological processing of complex non-rigid details using the free abrasives during the vibration centrifugal processing is develop

The results of experimental investigation of technological vibration-centrifugal processing of details

Наведено результати експериментальних досліджень технологічного процесу вібраційно-відцентрової обробки. Визначено дискретність зміни шорсткості оброблюваної поверхні та шляхи її усунення. Запропоновано конструктивну схему установки для автоматизації технологічного процесу вібраційно-відцентрової обробки, на яку отримано деклараційний патент України.The construction of vibration-centrifugal device with complex angular vibration and gimbal suspension, which is placed inside the working chamber, for machine parts treatment with low rigidity and complex profile, was presented. Besides, the machine tool is equipped with a device for smooth change of the angular vibration value and rotation frequency control. Block diagram for the control of the vibration-centrifugal treatment process, which allows to avoid the discrete nature of the change of machined surfaces roughness and reduces the time of obtaining a certain or minimum value of surfaces hardness and provides reliable performance of treatment technological process of complex profile and very low rigidity parts. The objective of the work is to study the influence of structural kinematic parameters of chamber inside which parts are machined on the quality of the vibration-centrifugal treatment of parts with complex configuration and low hardness. The results of experimental investigations of the vibration-centrifugal treatment, were presented. The experimental investigations for determining the changes of the parameters of treated surfaces by vibration-centrifugal treatment were done on unhardened samples after turning and milling of steels 40, 40X, Steel 20, St3, brass LS 59-1 with different initial stiffness, cylindrical and prismatic shape. It was found that during the first 15 minutes of treatment there is intensive reduction of microirregularities, the next 15 minutes the intensity of decreasing the heterogeneity is negligible. Within 30 .. 45 minutes the hardness increases, but the roughness parameters Ra being not higher than the initial. The change of the arithmetic deviation of profile stiffness depending on the duration of treatment with different initial stiffness for the above materials was determined. Practical recommendation on the choice of technological parameters of the process of treatment and choice of design parameters settings are presented

Investigation of the residual stresses, deformations, displacements under induction surfacing of the thin construction parts taking into account the combined screening of the thermal and electromagnetic fields

Запропоновано математичну модель для визначення полів залишкових напружень, деформацій та переміщень, які виникають у процесі індукційного наплавлення тонких сталевих дисків порошкоподібними твердими сплавами з використанням комбінованого екранування теплових та електромагнітних полів. Модель побудовано на основі припущення, що основними причинами виникнення полів залишкових напружень, деформацій та переміщень є різні механічні та теплофізичні характеристики основного і наплавлюваного металів і в процесі наплавлення здійснюється тільки пружне деформування. Використано рівняння теорії тонких пластин. Отримано аналітичні розв’язки, які дозволяють визначати залишкові переміщення, напруження та деформації при індукційному наплавленні тонких сталевих дисків в залежності від геометричних розмірів диска і наплавлюваного шару, а також механічних та теплофізичних їх характеристик.Mathematic model for finding residual stresses fields, deformations and displacements appeared under induction surfacing of the thin steel disks by the powder-like hard alloys using the combined screening of the thermal and electromagnetic fields was proposed. The model is built basing on the assumption that the main reasons of the residual stress fields, deformations and displacement appearance are different mechanical and thermophysical characteristics of the basic and surfacing metals and the fact that while surfacing only elastic deformation is available. The equations of the thin plates theory are used. Analytical solvings, which made possible to identify the residual displacements, stresses and deformations under induction surfacing of thin steel disks depending on the geometric dimensions of the dish and surfacing layer, as well as the mechanical and thermal-physical characteristics, are obtained