vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2023-82-3-257-264https://elibrary.ru/hyqfmuvestnikvniizht-724Research ArticleАвтоматизация и управление технологическими процессами на железнодорожном транспортеAUTOMATION AND CONTROL OF TECHNOLOGICAL PROCESSES IN RAILWAY TRANSPORTОсобенности использования индукционного нагрева цилиндрических деталей, сопряженных с осьюFeatures of induction heating of cylindrical parts conjugated with an axishttps://orcid.org/0000-0002-6271-6413ДудинВ. И.DudinV. I.

Дудин Владимир Иванович - кандидат технических наук, советник директора по науке.

634012, Томск, пр. Кирова, д. 58, стр. 7, офис 1010

AuthorID: 1187696

Vladimir I. Dudin - Cand. of Sci. (Eng.), Director's Advisor for Science, TomInduktor Research and Production Company.

634012, Tomsk, 58/7, Office 1010, Kirova Ave.

Author ID: 1187696

vladimir.dudin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8738-0880ЛелеховС. А.LelekhovS. A.

Лелехов Сергей Андреевич - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник.

634012, Томск, пр. Кирова, д. 58, стр. 7, офис 1010

AuthorID: 609053

Sergey A. Lelekhov - Cand. of Sci. (Eng.), Leading Researcher, TomInduktor Research and Production Company.

634012, Tomsk, 58/7, Office 1010, Kirova Ave.

Author ID: 609053

ФещуковА. Н.FeshchukovA. N.

Фещуков Алексей Николаевич - директор, НПК «ТомИндуктор».

634021, Томск, ул. Шевченко, д. 45/2

Alexey N. Feshchukov - Director, TomInduktor Research and Production Company.

634021, Tomsk, 45/2, Shevchenko St.

Научно-производственная компания «ТомИндуктор»РоссияTomInduktor Research and Production CompanyRussian Federation202330092023823257264Copyright © Дудин В.И., Лелехов С.А., Фещуков А.Н., 20232023Дудин В.И., Лелехов С.А., Фещуков А.Н.Dudin V.I., Lelekhov S.A., Feshchukov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/724Введение

Введение. В настоящей статье предметом изучения является температура разъединения цилиндрической детали от оси и ее зависимость от величины натяга и мощности индукционного нагрева на основе результатов расчетно-теоретического и экспериментального исследования данного вопроса.

Материалы и методы

Материалы и методы. С помощью расчетов определена температура внешней поверхности цилиндрической детали, при которой натяг принимает нулевое значение и деталь снимается без усилия. Авторами численно решены уравнения теплопроводности и деформации и определены указанные значения температуры разъединения. Кроме того, рассчитан температурный профиль по сечению цилиндрической детали.

Результаты

Результаты. Выявлена зависимость температуры разъединения цилиндрической детали — внутреннего кольца подшипника от мощности индукционного нагревателя. Учтены зависимости коэффициента температуропроводности от температуры. Рассмотрены особенности посадки цилиндрических деталей на оси и валы.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Показано, что зависимость температуры разъединения цилиндрической детали — внутреннего кольца подшипника от мощности имеет две области: для относительно малых значений (до 5-6 кВт) температура разъединения практически постоянна, а для более высоких значений, более 6 кВт, температура разъ-единения пропорциональна мощности. При этом необходимо, чтобы в конструкции индукционных нагревателей была предусмотрена возможность контроля мощности индукционного нагрева и времени нагрева. Это позволит на техническом уровне запретить выполнение операций с выходом параметров за пределы регламента. Результаты работы могут быть применены к широкому кругу сопряженных с осью деталей, например для бандажей станов холодного волочения труб, бандажей центров колесных пар локомотивов.

Introduction

Introduction. This article examines the temperature of separation of a cylindrical part from the axis and its dependence on the interference and induction heating power based on theoretical calculations and experiments.

Materials and methods

Materials and methods. The calculations show the temperature of the outer surface of a cylindrical part, where the interference vanish and the part comes off without force. The authors numerically solved the heat conduction and deformation equations and determined these separation temperatures. The researchers also calculated the temperature profile over the cross-section of a cylindrical part.

Results

Results. The authors identified the dependence of the separation temperature of a cylindrical part (the inner ring of a bearing) on the power of the induction heater. The article considers the dependence of the thermal diffusivity coefficient on temperature and examined the features of fitting cylindrical parts on axes and shafts.

Discussion and conclusion. The research shows that the dependence of the separation temperature of a cylindrical part (the inner ring of a bearing) on power has two regions: the separation temperature is almost constant for relatively small values (up to 5-6 kW); and the separation temperature is proportional to the power for higher values, above 6 kW. In this case, the induction heater requires a controller for induction heating power and heating time. This would technically prohibit operations with parameters outside the test procedure. The research results are applicable to a wide range of axis associated parts, for example, for bands of cold pipe drawing mills, bands for the centres of locomotive wheel pairs.

буксовый подшипникиндукционный нагревцилиндрические деталинатягтемпература разъединениятемпературный профильтемпературопроводностьjournal bearinginduction heatingcylindrical partsinterference fitseparation temperaturetemperature profilethermal diffusivityАвторы выражают благодарность Н.В. Скугаревской за полезную критику работы и П.В. Дудину за большую помощь в процессе подготовки и оформления статьи.The authors express their gratitude to N.V. Skugarevskaya for useful criticism and P.V. Dudin for great assistance in preparing the article.ReferencesВологдин В.П. Поверхностная индукционная закалка. М.: Оборонгиз, 1947. 291 c. EDN: https://elibrary.ru/rkvvqs.Vologdin V.P. Surface Induction Hardening. Moscow: Oborongiz; 1947. 291 p. (In Russ.). EDN: https://elibrary.ru/rkvvqs.Лозинский М.Г. Промышленное применение индукционного нагрева. М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1958. 471 с.Lozinskiy M.G. Commercial Use of Induction Heating. Moscow: Izd. Akad. Nauk USSR; 1958. 471 p. (In Russ.).Инновационные технологии обработки титановых сплавов с применением индукционного нагрева / В. Б. Демидович [и др.] // Индукционный нагрев. 2012. № 3 (21). С. 26-28 EDN: https://elibrary.ru/pcbutr.Demidovich V. B., Maslikov P. A., Grigor'ev E. A., Olenin V. A. Innovative technologies for processing titanium alloys using induction heating. Induction heating. 2012;(3):26-28. (In Russ.). EDN: https://elibrary.ru/pcbutr.Немков В.С. Достижения в технологии изготовления закалочных индукторов // Индукционный нагрев. 2008. № 1 (3). С. 9-11 EDN: https://elibrary.ru/kxnshx.Nemkov V. S. Advancements in induction heating tooling technology. Induction heating. 2008;(1):9-11. (In Russ.). EDN: https://elibrary.ru/kxnshx.Демидович В. Б. О точности вычисления температурных полей при индукционном нагреве // Индукционный нагрев. 2013. №1(23). С. 46 EDN: https://elibrary.ru/pxqsij.Demidovich V.B. About the accurate computation of temperature fields at induction heating. Induction heating. 2013;(1):46. (In Russ.). EDN: https://elibrary.ru/pxqsij.Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: учеб. пособие. В 10 т. Т. 8. Электродинамика сплошных сред. 2-е изд., испр. М.: Наука, 1982. 621 с.Landau L. D., Lifshits E. M. Theoretical Physics. Vol. 8 Electrodynamics of Continuous Media. 2nd ed. Moscow: Nauka; 1982. 621 p. (In Russ.).Деформация цилиндрических деталей, сопряженных с осью, при индукционном нагреве / В. И. Дудин [и др.] // Вестник машиностроения. 2021. № 12. С. 73-77 https://doi.org/10.36652/0042-4633-2021-12-73-77.Dudin V. I., Lelekhov S. A., Sushko A. V., Feshchukov A. N. Deformation of cylindrical parts mated with an axis during induction heating. Russian Engineering Research. 2021;(12):73-77 (In Russ.). https://doi.org/10.36652/0042-4633-2021-12-73-77.Владимиров В. С. Уравнения математической физики: учеб. для физ.-техн. спец. вузов. 5-е изд., доп. М.: Наука, 1988. 512 c.Vladimirov V. S. Equations of Mathematical Physics. 5th ed. Moscow: Nauka; 1988. 512 p. (In Russ.).Князева А. Г. Теплофизические основы современных высокотемпературных технологий: учеб. пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического ун-та, 2009. 356 с. EDN: https://elibrary.ru/qjydwp.Knyazeva A. G. Thermophysical foundations of modern high-temperature technologies: a textbook. Tomsk: Tomsk Polytechnic University Publishing; 2009. 356 p. (In Russ.). EDN: https://elibrary.ru/qjydwp.Физические величины: справ. / под. ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.Grigor'ev I. S., Meilikhov E. Z. Handbook of Physical Values. Moscow: Energoatomizdat; 1991. 1232 p. (In Russ.).Steinmetz C.P. Theory and calculation of transient electric phenomena and oscillaitions. N.Y.: McGraw Publishing Company; 1909. 593 p.Steinmetz C.P. Theory and calculation of transient electric phenomena and oscillaitions. N.Y.: McGraw Publishing Company; 1909. 593 p.Ермоленко Д. В., Юферев Л. Ю., Рощин О. А. Результаты испытаний резонансной системы передачи электроэнергии для индукционного нагрева рельсов стрелочного перевода // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2019. Т. 78, № 1. С. 48-53 https://doi.org/10.21780/2223-9731-2019-78-1-48-53.Ermolenko D. V., Yuferev L. Yu., Roshchin O. A. Test results of the resonant single-wire power transmission system for induction heating of the switch rail. Russian Railway Science Journal. 2019;78(1):48-53. (In Russ.). https://doi.org/10.21780/2223-9731-2019-78-1-48-53.Котельников И.А., Черкасский В.С. Скин-эффект в задачах: электронный учеб. Новосибирск, 2014. 82 с.Kotel'nikov I.A., Cherkasskiy V. S. Skin effect in problems: electronic textbook. Novosibirsk; 2014. 82 p. (In Russ.).Марочник сталей и сплавов / А. С. Зубченко [и др.]; под общ. ред. А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.Zubchenko A. S., Koloskov M. M., Kashirskiy Yu. V., Astakhov Yu. I., Gerasimov V. I., Golen'shina L. G., et al. Database of Steels and Alloys. Moscow: Mashinostroenie; 2003. 784 p. (In Russ.).Коэффициент температуропроводности стали 16Х12В2ФТаР в широком интервале температур / А. Ш. Агажанов [и др.] // Вестник НГУ. Серия Физика. 2013. Т. 8, № 3. С. 163-167 https://doi.org/10.54362/1818-7919-2013-8-3-163-167.Agazhanov A. Sh., Savchenko I. V., Samoshkin D. A., Stankus S. V., Dutova O. S. Thermal diffusivity of 16Kh12V2FTaR steel in a wide temperature range. Vestnik NSU. Series: Physics. 2013;8(3):163-167 (In Russ.). https://doi.org/10.54362/1818-7919-2013-8-3-163-167.Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: учеб. для вузов. 18-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021. 542 с.Feodos'ev V. I. Strength of Materials. College Textbook. Moscow: Publishing House of Moscow State Technical University; 2021. 542 p. (In Russ.).Дунаев П. Ф., Леанков О. П., Варламова Л. П. Допуски и посадки. Обоснование выбора. М.: Высшая школа, 1984. 112 с.Dunaev P. F., Leankov O. P., Varlamova L. P. Tolerances and fittings. Choice justification. Moscow: Vysshaya Shkola; 1984. 112 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.