CC BY
11
УДК 678.4
АЛ. Шварц, A.A Skvarts, e-maïll: [email protected]
*Ю.А. Бурьян, Til А. Вигуап
Н.М. Щепеткоеа, N.M. Schepetkova
А.Ф. Зелов, A.F. Zelov
ФГУП «Научно-производственное предприятие «Прогресс», г. Омск. России FSUE «Scientific and Production Enterprise «Progress», Omsk. Russia * Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия *Omsk State Teclmical University, Omsk. Russia
РЛСЧЁТПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЛЕЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ РЕ ИШОКОРДНЫХ КОМПЕНСАТОРОВ
SETTLEMENT-EXPERIMENTAL DESIGN OF THE RUBBER-CORD EXPANSION JOINTS
В работе представлены задачи требующие решения при проектировании современных реишокордных юшгаишрт и требования предъявляемые г данным изделиям.
The paper describes the tasks of modern rubber-cord expansion joints design and requirements for thein.
Ключевые слова: Рвзинокордныв компенсаторы
Keywords: Rubber-cord expansion joints
164
Современная промышленность немыслима без применении резинокордных изделий, переживающих бурное развитие в последние годы. Резинокордные конструкции представляют собой изделия из композиционных материалов Силовой основой в резинокордных конструкциях является каркас, состоящий из перекрещивающихся слоев корда [1]. После укладки слоев корда изделие покрывают слоем резины и вулканизируют, формируя единую конструкцию
Особое место в резинокордных конструкциях занимают резинокордные компенсаторы пли, так называемые, компенсационные вставки.
Компенсаторы представляют собой резинокордные изделия, предназначенные для эксплуатадии в составе трубопроводных систем для компенсации относительных перемещений фланцев и обеспечения виброизоляции оборудования. Схема установки компенсаторов в
Основными характеристиками подобных компенсаторов являются допускаемые осевые перемещения, осевая жесткость, распорное усилие (осевое усилие, возникающее при воздействии на компенсатор внутренним избыточным давлением) и виброакустические характеристики (акустические, механические, механоакустические и акустомеханические характеристики). Оптимизация названых параметров является основной задачей при создании резинокордных компенсаторов.
Большие допускаемые перемещения как на сжатие, так и на растяжение, можно обеспечить геометрической формой резинокордной оболочки (РКО) компенсатора. Наиболее оптимальной для этих целей является одно- или многогофровая конструкция. Схема двухгоф-рового компенсатора представлена на рис. 2.
фихинной фланец
Геометрическая форма и размеры компенсатора также влияют ша осевую жесткость и распорное усилие. Таким образом, для определения оптимальной конструкции РКО компенсатора необходимо еще на стадии проектирования рассчитать распорное усилие и осевую жесткость компенсатора.
Распорное усилие рассчитывают по следующей формуле:
(О
где О — распорное усилие, кгс; Р - внутренние изоыго1шое давление, кгссм2: гэ - радиус
эффективный - расстояние от оси вращения оболочки до точки нулевой гауссовой кривизны.
В соответствии с работой [3; 4], радиус эффективный определяют из решения следующей системы уравнений:
[ р-са$<рд<р+ [ рф1-со%<рс1<р+ [ р-ы>5+ ( рф1 -са&<рЛ(р =——— ¡1 о о 2 2
где р = Л
ЭТ. 1 ТТ. 1
I I , _
о «к У VI £3(«н - Ра сот <р)г
(ГС2 ~гэ)-С°5Ра Рф2 (^-гэ3)акД
СОЗ р
с!<р- I
0 ав Р 0 фк3 (Яп - Ян сов <р)
=<1®=—? 1 2
(2)
к еш /3-13 -со5~ ¡3 - сок" А = [сю3 Рэ - СОБ2 рг ] соя Рх;
а 2 Л -1.5-/5Л со$<р
соз р — —= сов рэ - соа(— агссоч---)) ,
^З 3 соз3 /Зэ
С.05/?э = -А*1 ■ ;
созр =
(г2-г^) соър
Як
к - постоянная каркаса;
С[, С2 - точки контакта РКО с фланцами;
Ь— базовая длина нити между точками закрепления:
Н - базовая высота между точками закрепления;
Х-осевое перемещение оболочки;
р - радиус криви зны профиля;
рф - радиус кривизны фланца;
Кф — расстояние ог центра радиуса кривизны фланпа до оси вращения оболочки; ер - угол между' внешней нормалью к поверхности РКО и плоскостью, перпендикулярной к оси вращения;
Рс\- Рс2 ~ угол между' внешней нормалью к поверхности РКО и плоскостью, перпендикулярной к оси вращения в точке контакта;
Р - угол наклона ниги корда к меридиану1 оболочки:
Рк ~ У1"0-71 наклона нити корда на короне:
Д-. - угол наклона ннги корда в точке контакта с фланцем;
Рв ~ уг°-т закроя корда на барабане,
гж - радик с сборочного барабана;
гС2 — радиус контакта РКО со стяжным кольцом;
Для уточнения результатов расчетов необходимо учесть удлинение нитей корда [4, 5]. При этом длину нити корда в оболочке с учетом удлинения определяют по формуле:
Г=£-С1+Ю,
(3)
где I - длина нити между точками закрепления без учёта удлинения: £ - среднее удлинение нити.
Среднее удлинение нити находят по следующей формуле:
\siZI
£ = —
(4)
где £= -
N
- удлинение нити в произвольной точке,
Л1' = -
-усилие в нитях в произвольной точке:
Еуареа, [кг/нить] - модуль упругости корда.
Значение постоянной каркаса с учетом удлинения нигей корда определяют по следующей формуле
(5)
1+ з
Учитывая определенное удлинение нитей корда, необходимо повторить вычисление системы уравнений (2).
На рис. 3 представлен график зависимости распорного усилия от осевого перемещения компенсатора при давлении 10 кгс/см" и разных углах закроя корда
1™ 0, «к
Осе го в перем* ШСИИС, (ИМ
к -: 0 ъ 0 1 1 1 > 2 3 з 3
Г
-УглпЗС —У™31° Угчп52- — —-Угяис
Рнс. 3. График зависимости распорного усилия от осевого перемещения компенсатора прн давлении 10 кг с/см" и разных углах закроя корда
Жесткость компенсатора определяют как тангенс угла наклона распорного усилия на заданном участке осевого перемещения Осевая жесткость и распорное усилие компенсатора приведены в табл. 1.
Таблща 1
Осевая жесткость п распорное усилие компенсатора
Угол закроя корда
Осе&г»е перемещение компенсатора, mm 30° 31° 32° 33° 34°
Распорное усилие, кпс
■20 -1391,03 -1277,36 -1160,20 ■ 1040,45 ■924,63
-16 -977,99 -905,19 -832.35 -743.02 -655.16
-12 ■691,эг ■625,95 -559,95 -484 12 -422.70
■а -436,83 -335,69 -334,01 -281,16 -227,85
-4 -219,64 -180,23 -139,54 -93 95 -47,32
0 -32,50 1,41 24.D8 65,14 102,65
4 133,99 159,64 182.95 211.27 244,30
е 263,01 301,58 324.94 346.14 368.69
12 417,20 432,87 449.74 467,53 487,47
16 541,52 551,42 565.74 581.30 500,17
20 654,0Й 664,92 673,22 684,10 698,60
24 755,28 764,90 772,76 781,96 792.38
854,7Ь 859.62 865.57 872.74 381.04
Жесткость осевая С, кг/см на интервале от-20 мм цо 28 мм 467.87 445,21 403,11 398 58 376.16
Анализ табл. 1 показывает, что при уменьшении распорного усилия возрастает осевая жесткость и, наоборот, при уменьшении осевой жесткости возрастает распорное усилие. При проектировании резинокордных компенсаторов необходимо мнннмизировать и распорное усилие, и осевую жесткость.
Кроме вышеизложенного, при проектировании резинокордных компенсаторов также необходимо учитывать их виЬроакусгическне характеристики [6].
Авторы выражают благодарность коллективу лаборатории механики резинокордных изделий ФГУПлШШ «Прогресс» за наставления и ценные советы при написании ста-
Библиографический список
1. Расчёт на прочность в машиностроении. Т. 2 / С. Д. Пономарев, B.JI. Бндерман. К.К. Лихарев. В.М. Макушвщ, H.H. Малиннн. В. II Феодосьев. М: Машгаз, 1959. - 237.
2, Расчетно-экспериментальные методы проектирования сложных резинокордных конструкций: монография / II А. Трибельскнй [и др.]. - Омск : ОмГТУ, 2011. - 240 с.
3, Шварц А. А. Расчет геометрических параметров двухгофровой резннокорднон оболочки усиленной центральным стяжным кольцом / А А. Шварц // Россия молодая: передовые технологии в промышленность. - Омск : ОмГТУ, 2013. - №1. - С. 152—156.
4, Бидерман. В.Л. Расчет резинокордных пневматических амортизаторов / В.Л. Бндерман. Б.Л. Бухин // Расчёты на прочность: сб. статей. -1960. — Вып. 5. — С. 15-58.
5 , Бндерман. В. Л. Автомобильные шины ; В. Л. Бндерман и др. П Автомобильные пшны. - М. : Госхнмнздат. — 1963. - 384 с.
6, Попков В.И.. Попков C.B. Колебания механизмов и конструкций. - СПБ, 2009. - 490 с.
