Расчет на прочность плоских днищ цистерн транспортных средств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Опорное кольцо и ребра жесткости разбивают днище на 4 зоны, из которых крайние следует рассматривать как полукруглые пластины, а средние как прямоугольные (рис. 1, а). Наиболее напряженными являются средние зоны. Расчет этих зон производим по самой неблагоприятной схеме закрепления прямоугольной пластины размерами зхв=1150x625 мм с шарнирно опертыми краями [2], нагруженной гидростатическим давлением (рис. 1, б). Поскольку высота пластины (а=1,15 м) практически равна высоте столба жидкости (Л= 1,2 м), расчет давления осуществляем от нуля.

Рис. 5. Смещение пятна контакта в результате погрешности монтажного расстояния шестерни: Ja = 0,2 мм

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что на смещение пятна контакта наибольшее влияние оказывает погрешность межосевого угла передачи. Корректировка положения пятна контакта (центра С площадки контакта) осуществляется осевым перемещением плоского колеса.

Список литературы

1. Булгаков Э.Б. Основные положения теории эвольвентного зубчатого

зацепления в обобщающих параметрах// Gearing and Transmissions. - 1994. - P. 12-23.

2. Булгаков Э.Б. Теория эвольвентных зубчатых передач. - М.:

Машиностроение, 1995. - 320 с.

3. Либуркин Л.Я. Влияние погрешностей изготовления и монтажа на

качество зацепления в цилиндро-конической передаче//Зубчатые и червячные передачи. - М.: Машиностроение, 1968. - С. 105-118.

4. Лопатин Б.А., Цуканов О.Н. Цилиндро-конические зубчатые передачи:

Монография. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. - 200 с.

5. Расчет на прочность деталей машин: Справочник/И.А. Биргер, Б.Ф.

Шорр, Г.Б. Иосилевич. - М.: Машиностроение, 1979. - 702 с.

6. Цуканов О.Н., Лопатин Б.А., Калашников Д.Б. Проектирование

ортогональных цилиндро-коническихзубчатых передач в обобщающих параметрах// Теория и практика зубчатых передач: Сборник докладов научно-технической конференции. — Ижевск: ИжГТУ, 2004.

В.К. Коротовских, В.А. Вотинов Курганский государственный университет, г.Курган

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПЛОСКИХ ДНИЩ ЦИСТЕРН ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Плоские днища ввиду упрощенной технологии их изготовления получили наибольшее распространение в цистернах транспортных средств. В предлагаемой статье рассмотрен прочностной расчет плоского овального днища цистерны объемом 12 м3 для транспортировки светлых нефтепродуктов [1].

Днище цистерны представляет собой пластину толщиной 5 = 3,8 мм, подкрепленную ребрами жесткости из равнобокого уголка 63x63x6. Днище связано с корпусом цистерны через опорное кольцо жесткости из уголка 40x40x4. Материалднища K490B-5-III ГОСТ 16523-89 с пределом текучести О т = 220 МПа

Первоначальный расчет производим без учета динамического нагружения, при статическом состоянии цистерны. Максимальная величина гидростатического давления q0 =yh = 7500-1,2 = 9-10"3МПа, (1) где У =7500 Н/м3 - удельный вес бензина; Л=1,2 м -

максимально возможная высота столба топлива в цистерне с учетом высоты горловины.

а) б)

Рис.1. Общий вид днища (а) и его гидростатическое нагружение (б)

Наибольшие изгибающие моменты в пластине Му достигают максимальных значений при Х=0,6з [2]. Их величина, приходящаяся на единицу длины, может быть рассчитана как

Му = Сяов2 (2)

где С-числовой коэффициент, зависящий от соотношения а/в и X. При а/в = 1,84 и Х= 0,6а после интерполирования получаем:

С = 0,0509+ в'053"0'0509.о 04 = о 0519 ОД

Тогда М =0,0519-9-10~3-0, 6252 =182,5 ^^ н У м '

Максимальные нормальные напряжения

°у(тах) будут равны:

_ 6Му _ 6-182,5

У(шах) §2 (0,003 8)2 Запас прочности л

220

= 75,8 МПа

(3)

П=а =7^8=3 У

следует признать достаточным.

Крайние полукруглые зоны днища еще менее напряжены. Расчет показывает, что здесь, даже в предположении равномерного давления д0 на полукруглую пластину при ее шарнирном опирании, максимальные напряжения не превышают 52 МПа [2].

Рассматривая днище кактонкую пластину, очевидно, что величина деформации по направлению нормали к его поверхности превышаеттолщину днища. Это приводит к "схлопыванию" днища [3]. Обычно для увеличения жесткости днища на него устанавливают подкрепляющие элементы - ребра жесткости. В данном случае из трех вертикально расположенных ребер жесткости несомненно самым напряженным будет среднее. Произведем его расчет по схеме двухопорной балки, которая воспринимает гидростатическую нагрузку от прямоугольной пло-

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 3

13

щадки, ограниченном высотой днища и вертикальными осевыми линиями средних зон.

Интенсивность распределенной нагрузки д

q = q в = 9-10~3-0,625 =0,5625 —.

м

(4)

Величина максимального изгибающего момента

А»™,

М„

= 0,064я е2 = 0,064 • 0,05 625 • 1,152 = 476,1 Н • м. Табличные параметры сечения для уголка 63x63x6 согласно ГОСТу 8509-86: Лу0 =11,2 см4; Т0 = 1,78 см. Осевой момент сопротивления:

wy0 =

11,2-10"

. = 4,44-Ю"6 м3

'о- -2

2,52-10

Максимальное гидростатическое напряжение 476,1

''max— /г

Л" D

= 107,2 мпа.

4,44-10

На жидкость, находящуюся в цистерне движущегося транспортного средства, воздействуют возмущающие силы, вызванные изменениями скорости, направления движения и колебаниями цистерны на ее подвеске (опоре). Эти силы вызывают внутри цистерны так называемое «плескание», которое оказывает динамическое нагруже-ние элементов конструкции цистерны. Учитывая динамический характер воздействия на днище нагрузки, введем соответствующий коэффициент Кд. Согласно рекомендациям ГОСТа Р50913-96 [1] при расчете на прочность цистерны для транспортировки нефтепродуктов динамический коэффициент следует принять равным 2 (Кд = 2).

При этом наибольшее динамическое напряжение имеет следующее значение:

с. =с -К. =107,2-2 = 214,4МПа

¿max max о lv"|а

В необходимых случаях при интенсивном торможении, наезде на препятствие динамический коэффициент можно вычислить по формуле

Kd = V/q0 (5)

где Р- давление жидкости на днище цистерны с учетом сил инерции:

P=y(*i + h) (6)

g

Здесь а - ускорение (замедление) движения транспортного средства; g - ускорение силы тяжести; I - длина

секции цистерны.

Принимая замедление движения транспортного средства а = 0,5 g и длину цистерны равную 8 м, определяем величину коэффициента Кд

Кд = P/q„ = у (-1 + h)/ q„ = 7500 (0.5-8 + 1.2 )-10"6/9-10"3 = 4.33 g

Для уменьшения динамического воздействия жидкости на днище цистерны при интенсивном замедлении движения транспортного средства необходимо разделить цистерну на несколько отсеков. Для этого устанавливаются перегородки с отверстиями, через которые осуществляется переток жидкости и газа, находящегося в цистерне над жидкостью.

При разделении цистерны на 4 отсека длиной по 2 м динамический коэффициент равен Кд = 1,83, что удовлетворяет условию ГОСТ Р50913-96.

Таким образом, представив нагрузку на плоское днище цистерны в виде распределенной нагрузки, изменяющейся по линейной зависимости, учитывая динамический

коэффициент и используя готовые решения, полученные для элементарных форм типа круга, части круга или прямоугольника, достаточно просто рассчитать величину нормальных напряжений, возникающих в днище.

Список литературы

1. ГОСТР50913-96. Автомобильные транспортные средства для

транспортирования и заправки нефтепродуктов. Типы, параметры и общие технические требования.

2. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник: В 3 т.- Т. 1 /Под

общ. ред. И.А. Биргера и Я.Г. Пановко. - М.: Машиностроение, 1968. - 832 с.

3. Вотинов В.А., Коротовских В.К. Применение плоских днищ в цистер-

нах транспортных средств // Наука и технологии. Т. 1. Труды XXVI Российской школы,- М.: РАН, 2006. - С. 269 - 270.

В.В. Пивень, И.А. Тараторкин, О.Л. Уманская Курганский государственный университет, г. Курган

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ ВИБРАЦИОННОЙ СЕПАРИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ С ПОМОЩЬЮ ГЕОМЕТРИЧЕСКИ ПОДОБНОЙ МОДЕЛИ

Вибрационные характеристики технологического оборудования являются одними из основных параметров, по которым оценивают их техническое состояние, возможность использования оборудования для конкретных технологических процессов, эргономические условия труда.

При экспериментальных исследованиях вибрационных характеристик несущих конструкций вибрационных сепарирующих машин (рис.1) для сокращения времени и затрат при проведении исследований целесообразно применять механически подобные модели [1]. В последующем полученные на модели оптимальные параметры исследуемых величин можно с помощью критериев подобия пересчитать применительно к натуральному образцу.

Рис.1. Несущая конструкция сепарирующей машины ЗВС-20: 1-приводной механизм; 2- нижний ситовой корпус;

3- верхний ситовой корпус; 4- аспирационная система

В соответствии с приведенной схемой (рис.1) согласно полученному в работе [1] соответствию между натуральным образцом и моделью была разработана и изготовлена экспериментальная установка (рис.2), представляющая собой модель сепарирующей вибрационной машины с кинематически жестким приводом. Экспериментальная установка отличается от натурной модели

14

ВЕСТНИК КГУ, 2007. №4