CC BY
13
УДК 62-762.4, 62-762.8, 678
ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ РЕЗИНОВОГО ПОКРЫТИЯ ШКИВОВ
ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Ф. Л. Титов
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Российская Федерация, 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29
E-mail: philip130194@gmail.com
На основании анализа конечно-элементной модели контакта троса с поверхностью резинового слоя на шкиве рассчитаны контактные напряжения между тросом и слоем резины и даны рекомендации по оптимизации формы резинового покрытия.
Ключевые слова: резиновое покрытие, шкив, трос, метод конечных элементов, контактные напряжения.
OPTIMIZATION OF SHAPES AND SIZES RUBBER COATING SHEAVES
TRANSPORT EQUIPMENT
F. L. Titov
Peter the Great St.-Petersburg Polytechnical University 29, Polytechnicheskaya Str., St.-Petersburg, 195251, Russian Federation E-mail: philip130194@gmail.com
On the basis of the analysis of the finite element model of a rope contact with the surface of the rubber layer on a sheave calculated contact stresses between the rope and the rubber layer and recommendations for optimizing the shape of the rubber coating.
Keywords: rubber coating, rope, sheave, finite element analysis, contact stress.
В современном грузоподъемном и транспортном оборудовании на предприятиях аэрокосмической промышленности широко применяются полимерные тросы с грузоподъемностью до 60 тонн. Для создания требуемой тяговой способности поверхность стального шкива при контакте с полимерным тросом имеет резиновое покрытие. Целью данной работы являлась оптимизации формы резинового покрытия стального шкива (резиновой подушки), вытягивающего полимерный трос. При этом резина должна отработать (вытянуть) 60 000 км троса при максимальной растягивающей трос силе 52 тонны. В данном случае c резиной контактировал трос из высокомодульного полиэтилена (HMPE), состоящий из 12^12 прядей. Для резинового покрытия использовались резины марок Л2-26 и 73975 [1-6].
Для решения задачи методом конечных элементов использовалась программа «STAR» [7]. Резина и трос рассматриваются как нелинейно-упругие материалы, описываемые полиномиальным потенциалом. Постоянные упругости подбирались так, чтобы экспериментальная и расчетная кривые нагружения совпадали. Первоначально рассматривалась подушка резины прямоугольной формы со скошенными краями толщиной h =12 мм. В силу симметрии сечения рассчитывалась только половина поперечного сечения (рис. 1). Для троса используются упругие постоянные, полученные ранее. Упругие постоянные для материала троса, норвежской резины марки 73979 и отечественной резины Л2-26 были получены на основе экспериментов [8] по растяжению и сжатию стандартных образцов и приведены в табл. 1.
В результате расчета получена деформированная форма троса и резиновой подушки. Определена ширина площадки контакта L и минимальная толщина hd резины для каждой величины
Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»
натяжения троса. В табл. 2 приведены величины натяжения троса, соответствующая им погонная нагрузка троса на резину qn и соответствующая этому величина нагружения К.
Таблица 1
Величины упругих постоянных троса и резин
Материал Су, МПа Е, МПа
Трос С10 = 0,8; С01 = 2,41; С02 = 4,36; С03 = 0,84 19,3
73975 С10 = 0,564; С20 = 0,0099; С04 = 0,0033 3,38
Л2-26 С10 = 0,538; С20 = 0,0238 3,23
Рис. 1. Модель и деформированная модель сжатия тросом резиновой подушки
Таблица 2
Зависимость ширины площадки контакта, минимальной толщины резины и погонной нагрузки от натяжения троса
К, Н qn, н мм Ь, мм
520000 547 8,35 54,1
410000 432 8,42 53.4
330000 347 8,51 48,6
265000 279 8,62 48,0
190000 200 8,83 43,3
160000 168 8,95 42,9
В результате расчетов получено поле распределения главного девиатора напряжений в сечении резиновой подушки. Контактные напряжения показаны на рис. 2, где слева приведены контактные напряжения при максимальном растяжении троса К = 52 т, а справа - при растяжении троса силой К = 33 т. Из анализа полученных результатов следует, что в случае простого плоского резинового слоя касательные напряжения не смогут удержать трос от скольжения по резине.
Это связано с тем, что контактные напряжения в данном случае падают от максимума в середине площадки контакта до нуля (рис. 2). При любом коэффициенте трения возникает участок скольжения в окружном направлении по краям площадки контакта попе-
Рис. 2. Контактные напряжения между резиной и шкивом
речного сечения. Поэтому для резиновых покрытий шкивов следует использовать резиновый слой с вогнутой поверхностью, которая позволит выровнять контактные напряжения по поверхности контакта и понизить максимальные контактные напряжения.
Библиографические ссылки
1. Лебедев В. М., Ашейчик А. А. Исследование трибологических свойств резины из СКФ-32, наполненной медным порошком // Каучук и резина. 1981. № 6. С. 33-35.
2. Ашейчик А. А., Полонский В. Л. Влияние распределения контактных напряжений на утечки через торцевое уплотнение // Вестник СибГАУ. 2015. Т. 16. № 3. С. 705-713.
3. Лебедев В. М., Ашейчик А. А. Исследование температуры трения при работе пар трения в режиме избирательного переноса в условиях вакуума // Трение и износ. 1980. Т. 1. № 6. С.1097-1100.
4. Лазарев С. О., Ашейчик А. А., Полонский В. Л. Исследование влияния распределения напряжений в зоне контакта на утечки через резиновое уплотнение в неподвижном соединении // Фундаментальные исследования в технических университетах. СПб. : Изд-во СПбГПУ, 2006. С. 311-312.
5. Ашейчик А. А. Основы трибоники. СПб. : Изд-во СПбГПУ, 1995. 116 с.
6. Лебедев В. М., Ашейчик А. А., Смирнов Н. А. Применение металлоплакирующих смазок для повышения износостойкости тяговых цепей // Вестник машиностроения. 1980. № 9. С. 28-29.
7. Ашейчик А. А., Полонский В. Л., Чулкин С. Г. Вычислительная механика. СПб. : Изд-во СПбГПУ, 2011. 301 с.
8. Ашейчик А. А., Полонский В. Л. Прогнозирование изменения физико-механических свойств эластомеров при термическом старении // Современное машиностроение. Наука и образование. 2013. № 3. С. 265-272.
© Титов Ф. Л, 2017
