close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Виброизоляция агрегатов машин с использованием рукавных амортизаторов растяжения

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ОНУФРИЕНКО АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ
ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ АГРЕГАТОВ МАШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
РУКАВНЫХ АМОРТИЗАТОРОВ РАСТЯЖЕНИЯ
01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Омск – 2018 г.
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном
учреждении высшего образования
«Омский государственный технический университет (ОмГТУ)»
Научный руководитель:
Русских Григорий Серафимович
кандидат технических наук, доцент кафедры
«Основы теории механики и автоматического
управления»
ФГБОУ
ВО
«Омский
государственный технический университет
(ОмГТУ)»
Официальные оппоненты:
Кирюхин Алексей Владимирович
доктор технических наук, директор по
инновациям-главный конструктор ЗАО
НПВП «Турбокон»
Тетерина Ирина Алексеевна
кандидат технических наук, научный
сотрудник научно-исследовательского
отдела ФГБОУ ВО СибАДИ
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
образования «Уфимский государственный
нефтяной технический университет»
Защита диссертации состоится «26» октября 2018 г. в 14:00 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.178.06 при ФГБОУ ВО «Омский государственный
технический университет» по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, корпус 6, ауд. 340,
тел/факс (3812) 65-64-92, e-mail: dissov_omgtu@omgtu.ru.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО
государственный технический университет» по адресу: г. Омск, пр. Мира, 11,
«Омский
Отзывы на автореферат направлять по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира 11, тел., факс:
(3812) 65-26-19, e-mail: belkov@omgtu.ru
Автореферат разослан «____ » _______ 2018 г.
Учёный секретарь диссертационного совета,
кандидат технических наук, профессор
В. Н. Бельков
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Резинокордные оболочки нашли широкое применение в конструкциях автомобильных шин, пневматических амортизаторов, рукавов, баллонов давления
и других изделиях.
Наиболее часто используемой конструктивной моделью является сетчатая оболочка с
т.н. «шинной» геометрией, разработанная В.Л. Бидерманом и Б.Л. Бухиным, с углом закроя
нитей 54,5 - равновесным углом. Преимуществом таких оболочек являются минимальное значение распорных усилий и сохранение формы оболочки под действием внутреннего давления.
В случае отклонения угла закроя от равновесного под действием внутреннего давления
в резинокордной оболочке возникает распорное усилие, достигающее значительных значений,
и изменение линейных размеров резинокордной оболочки.
В настоящей работе проводится анализ напряженно-деформированного состояния и
динамики цилиндрических резинокордных оболочек с углом закроя, меньшим равновесного
угла с целью использования в качестве силового элемента перспективных систем амортизации
и виброизоляции. Использование рукавных резинокордных оболочек в качестве силовых элементов позволит создать перспективные системы амортизации и виброизоляции, обладающие
рядом конструктивных преимуществ: компактность и простота конструкции, большие запасы
по рабочему ходу, высокая грузоподъёмность и высокие виброизолирующие свойства, а также
линейных пневматических приводов. В связи с этим тема диссертации является актуальной.
Цель диссертационной работы: заключается в разработке методики проектирования
рукавных амортизаторов растяжения (РАР) на основе резинокордных оболочек (РКО) с целью
виброизоляции агрегатов машин.
Задачи диссертационной работы:
- разработать упрощенную статическую математическую модель расчета напряженнодеформированного состояния рукавного амортизатора растяжения для оценки эксплуатационных параметров РАР;
- разработать статическую математическую модель рукавного амортизатора растяжения с учетом растяжимости корда и резины с целью уточнения конструктивных параметров
РКО в составе РАР;
- разработать динамическую математическую модель резинокордной оболочки по теории сетчатых оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда и резины;
- провести экспериментальные исследования статических и динамических параметров
РКО в составе РАР с целью верификации полученных математических моделей;
- разработать инженерную методику расчёта основных динамических параметров РКО
в составе РАР и сформулировать практические рекомендации по выбору конструктивных параметров резинокордной оболочки.
Объектом исследования является резинокордная оболочка рукавного типа в составе
рукавного амортизатора растяжения.
Предметом исследования геометрические и силовые характеристики пневматической
резинокордной оболочки как силового элемента рукавного амортизатора растяжения.
Методы исследования. В работе использованы методы:
- математическое моделирование с использованием положений и допущений теории
резинокордных оболочек;
- численное интегрирование систем нелинейных дифференциальных уравнений;
- современные подходы экспериментальной механики к проведению и обработке результатов испытаний.
Численные алгоритмы решения системы нелинейных уравнений и обработка результатов испытаний реализованы в среде MathWorks MATLAB.
3
Научная новизна:
Разработана статическая математическая модель РКО в составе РАР в осевом направлении по теории сетчатых оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда и деформации резины;
 Разработана динамическая математическая модель РКО в составе РАР в осевом направлении по теории сетчатых оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда и деформации резины.
 Предложена и внедрена инженерная методика расчёта основных конструктивных РКО
как несущего элемента РАР.
Достоверность полученных результатов обеспечивается строгим и обоснованным применением методов и общепринятых допущений теории резинокордных оболочек, адекватным
использованием прикладного программного обеспечения, аналитических и численных методов анализа; подтверждается качественным и количественным согласованием результатов
теоретических исследований с экспериментальными данными.
Практическая значимость работы заключается во внедрении результатов исследований на ФГУП «ФНПЦ «Прогресс» при опытно-конструкторской разработке и совершенствовании выпускаемых РКО.
Апробация работы. Основные положения представлены на заседании научно-технического совета ФГУП «ФНПЦ «Прогресс» (12.04.2018); на международной конференции "Динамика систем, механизмов и машин", ОмГТУ, 2014 г.; на XXIV всероссийской конференции
"Численные методы решения задач теории упругости и пластичности", г. Омск, 04.06.2015; на
V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита от
повышенного шума и вибрации» Санкт-Петербург, 18-20 марта 2015 г.; на 6-ой международной научно-технической конференции "Техника и технология нефтехимического и нефтегазового дела", г. Омск, 25-30.04.2016.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 3 в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых изданий, рекомендованных ВАК для публикации материалов диссертационных работ, 3 патента на изобретения.
Личный вклад автора. Постановка задач исследования (совместно с научным руководителем), разработка статической и динамической математической модели, методика проведения экспериментальных исследований, проведение численных расчётов и экспериментальных исследований, обработка и анализ результатов.
Положения, выносимые на защиту:
1. Аналитические зависимости, описывающие напряженно-деформированное состояние
РКО в составе РАР;
2. Статическая математическая модель РКО в составе РАР с учетом растяжимости нитей
корда и резины;
3. Динамическая математическая модель РКО в составе РАР в осевом направлении;
4. Методика расчета динамических процессов РКО в составе РАР;
5. Инженерная методика выбора конструктивных параметров РКО в составе РАР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка литературы. Общий объем работы 169 страниц, включая 49 рисунков и
10 таблиц. Список литературы содержит 123 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность диссертационного исследования, сформулированы
цели и задачи, дано краткое описание содержания работы и выносимых на защиту основных
положений, научная новизна, практическая значимость, положения, выносимые на защиту.
Ставятся задачи исследования. Определяется объект и предмет исследования, личный вклад
автора, перечислены используемые методы исследования.
4
В первой главе приведена классификация пневматических амортизаторов с резинокордными оболочками, выполнен обзор и сравнительный анализ типовых конструкций амортизаторов с резинокордными оболочками.
Так же в главе дано описание предлагаемого конструктивного решения резинокордного амортизатора растяжения – рис. 1. Отмечены преимущества конструкции РАР, а
также имеющиеся проблемные вопросы применения и внедрения РАР.
Приведен краткий анализ работ по механике сетчатых оболочек.
Во второй главе приводится разработка
математической модели для расчета напряженно-деформированного состояния в двух
вариантах постановки:
1)
Математическая модель для расчета
нагрузочной характеристики РКО под действием избыточного давления во внутренней
полости на основании аналитических зависимостей теории сетчатых оболочек;
2)
Математическая модель напряженнодеформированного состояния РКО с учетом
Рис. 1. Резинокордный амортизатор
деформации корда и резинового слоя на осрастяжения
новании системы полных дифференциаль1-герметизирующий слой (герметизируюных уравнений.
щая камера); 2- силовой каркас; 3- покровЗначение нагрузочной характеристики
ный (защитный) слой резины; Fвн – внешняя
(рис. 2) определяется тремя составляющими:
сила
Q  Q0  1  2  ,
(1)
где Q0 - распорное усилие РКО под действием внутреннего давления;
ψ1 - коэффициент пневматической составляющей усилия РКО, возникающий при смещении
торца оболочки;
ψ2 - коэффициент упругой составляющей усилия РКО, возникающий при смещении торца
оболочки.
Для пневматической и упругой составляющих получены следующие зависимости:
n




2
3  cos  0  y 2  1 
 ,
1
1 
2
2 2


3  cos  0   1 
 cos  0  y  1 
1   y
2

 cos  0   1 

 
 1 b
dK
1  1  b dF 

 2  4q  n1
   f  y  
 F  y   4q  n1  K  1  

 ,
dy
  3b  1 dy 

 3b  1
 
где y 
x
 1 - удлинение РКО; х – смещение торца РКО; Н0 - длина рабочего участка
H0
РКО;

 r02 H 0
- изменение внутреннего объема РКО;
 1  0 1 
2
y r0 H 0  2 r0 H 0  h0  h0 
2

 0 - угол закроя корда до деформации; h0 0 и h01 - толщины герметизирующего и резинокордного слоев до деформации; n – показатель адиабаты;
5
(2)
(3)
K
 1 i2  d 2
1 
2
arctan 
 1 i2  d 2
i  d  1 i2  d 2


 
   - коэффициент от 2


ношения энергии деформации резины в слоях корда;
1
i  i0
- изменение плотности корда i при перемещеy 1   
нии торца РКО;
2 2


2 1  2i 2 d 2 
dK  2id   1  i d 
1  id  di - измене

arctg

2
2 2 32
dy  2i 2 d 1  i 2 d 2 
1  id  dy
i
d
1

i
d




ние коэффициента K от перемещения;
by 2  1
di
1
2by 2  1
1 ; f  y  
;
 i0  f  y  ;  
 2
b 1
dy
1   y  by 2  1
F  y   2  y  1     y  1  2 
Рис.2. Расчетная схема РКО
для упрощенной модели
2
by
1
;   by  1  1 
b  1 1  
b 1
вспомогательные функции.
Для расчета нагрузки на единичную нить получена следующая зависимость:

2
1
 = 0 . [Ψ1 3 2 −1 + Ψ2 √]
(4)
Коэффициент запаса может быть вычислен
следующим образом:
 =
р
32 −1
1−2
+0 Ψ2
22
2√
0 (Ψ1 +Ψ2 )
(5)
Однако полученные закономерности дают значительную погрешность в связи с принятыми допущениями теории сетчатых оболочек.
Для составления математической модели с
учетом растяжимости нитей корда и упругости резиновых слоев было рассмотрено изменение формы
РКО под действием внутреннего давления (рис. 3).
Под действием избыточного внутреннего давления
оболочка принимает форму некоторой поверхности
вращения переменного радиуса r z  и длины l (рис. 3,
б). При этом благодаря осевой симметрии произвольно взятая материальная точка в меридианном сечении оболочки переходит из начального положения
M 0 с координатами r0 и z 0 в конечное положение M
Рис. 3. Форма сетчатой оболочки
с координатами r и z, не выходя за пределы данного
а) без нагружения; б) после нагрумеридианного сечения оболочки.
жения внутренним давлением
Полная система дифференциальных уравнений, описывающая напряженно-деформированное состояние оболочки состоит из уравнений
равновесия:
(4)
2 Tm  Qm   r  cosm  pr 2  C ,
Tm  Qm   m  Tt  Qt  t  p
Физических уравнений:
Tm  Qm  T ctg ,
Tt  Qt  T tg ,
6
T
k P
sin2 0
h0 1  
(5)


 0
sin  2 0 
cos  
sin  
E

 1  
 1    1   
 1   hст
2 
2
1   sin  2      1 
cos  0 
sin  0   



 0
sin  2 0 
sin  
cos  
E
Qm  


1



1


1



1






   hст

1   2 sin  2      12 
sin  0 
cos  0   

Qt  
(6)
определяющих свойства корда и эквивалентного слоя резины, составляющих РКО,
и геометрических уравнений:
 dr
  tg m ,
 dz
 d m

 m ,

cos m
 dz
 dz 0
cos 0
1

,

 dz 1    cos m cos
cosm
t 
r
r
sin
 1   
r0
sin 0
(7)
(8)
(9)
Здесь Tm , Tt – удельные (на единицу длины) меридианное и тангенциальное (окружное)
усилия, определяемые кордом; Qm , Qt – удельные (на единицу длины) меридианное и тангенциальное (окружное) усилия, определяемые приведённым слоем резины;  m – угол между касательной к меридиану и осью вращения оболочки; С – постоянная интегрирования;  m  1  m
,  t  1  t – кривизна меридиана и нормального конического сечения оболочки (  m ,  t - соответствующие радиусы кривизны); h0- шаг нитей корда, k – число пар слоев корда;  - относительное удлинение нитей корда, T – вспомогательный силовой параметр; E, µ - модуль Юнга
0
и коэффициент Пуансона приведенного резинного слоя; hст
- толщина приведенного резинного слоя в недеформированном состоянии,  - угол закроя корда в деформированном состоянии.
В разделе 2.2.1 экспериментально определяется влияние различных технологических
процессов на механические характеристики P    корда. Для проведения расчетов полученные характеристики аппроксимировались уравнением регрессии:
(10)
P  a  b 2 ,
где параметры a и b определялись методом наименьших квадратов.
При расчете в качестве независимой переменной берется координата z0, характеризующая
положение произвольного поперечного сечения оболочки в её ненагруженном состоянии (в
так называемой отсчётной конфигурации, представленной на рис. 3, а). В данном случае система уравнений (6), (7), (9-11) преобразуется таким образом, что основными зависимыми переменными являются величины r,  m , z (рис. 3, б). Остальные параметры напряженно-деформированного состояния можно отнести к вспомогательным и выразить через основные зависимые переменные алгебраическими и тригонометрическими уравнениями.
Начальные значения переменных величин r,  m , z определяются граничными условиями.
Решение математической модели реализовано средствами прикладного математического
пакета MATLAB и приведено в приложении к тексту диссертации.
Полученные в данном разделе математические модели, описывающие статическое напряженно-деформированное состояние резинокордной оболочки в составе рукавного амортизатора растяжения, позволяют с разной степенью приближения оценить силовые характеристики проектируемого амортизатора.
7
Упрощенная статическая математическая модель расчета напряженно-деформированного
состояния рукавного амортизатора растяжения позволяет провести экспресс-оценку и оптимизацию выбранного конструктивного решения и получить статическую нагрузочную характеристику РАР для оценки грузоподъемности амортизатора, а также коэффициент запаса при
воздействии проектной нагрузки.
Статическая математическая модель рукавного амортизатора растяжения с учетом растяжения корда и резины позволяет получить существенно большее количество расчетных параметров, в том числе изменение геометрии РКО под действием нагрузки. Недостатком данной
модели является существенные потребности в вычислительных ресурсах и, как следствие,
большее время расчета и получения требуемых данных.
Третья глава посвящена разработке математической модели, описывающей динамику
резинокордной оболочки без учета (разд. 3.1) и с учетом деформации корда и резины (разд.
3.2), сформулированы результаты и выводы по главе (разд. 3.3).
Для расчета частоты продольных колебаний РКО было получено выражение:
C  0   g
,
(11)
z 
Fвн
где C  0  
7  r pu  0 
2
2
4 
18  r  G  h2
cotan  0    
1   cotan  0     cotan  0    - статическая

L
L


жесткость РКО в осевом направлении; pu  Fвн S


2
давление во внутренней полости амортизатора
для обеспечения заданной грузоподъемности;
h2  h  n  d  K  1 - приведенная толщина стенки
  cos   2 
0
  1 - эффективная
  sin  0  



РКО; S    r 2  2 

площадь поперечного сечения РКО.
Амплитуда перемещений под действием внешней возмущающей силы определяется по выражению:
т 
Fвн
m2 z20   2    2 2
2
,
(14)
где  - частота вынужденных колебаний внешней силы, β – коэффициент трения.
Коэффициент передачи нагрузки на основание:
Ky 
Рис.4. Расчетная схема элемента РКО в
динамической постановке
где   
z 0
1
 2 1 ,
(15)
Для определения динамических характеристик РКО на основании системы дифференциальных уравнений (6)-(11) с учетом принципа Даламбера для момента времени ti составлена
система дифференциальных уравнений:
Уравнения равновесия дополняются силами инерции элемента оболочки (рис. 4):

z 
r
2 Tm  Qm   r  cosm  2 z r  pr 2  C ,  Tm  Qm 
  m  Tt  Qt   t  p 
cos

dz

rd m
m 

(16)
Физические уравнения:
Tm  Qm 
z
k P
 T ctg , Tt  Qt  T tg , T 
sin2 0
cosm
h0 1  
8
(17)


 0
sin  2 0 
cos  
sin  
E

 1  
 1    1   
 1   hст
2 
2
1   sin  2      1 
cos  0 
sin  0   



 0
sin  2 0 
sin  
cos  
E
Qm  


1



1


1



1






   hст

1   2 sin  2      12 
sin  0 
cos  0   

Qt  
Фz  m  dz 
Фr  m  dr 
(18)
(19)
Геометрические уравнения:
 dr
  tg m ,
 dz
 d m

 m ,

cos m
 dz
 dz 0
cos 0
1

,

 dz 1    cos m cos
cosm
t 
r
r
sin
 1   
r0
sin 0
(20)
(21)
(22)
, где Φz, Φr - приведенные силы инерции в радиальном и осевом направлении, приложенные
к элементу; m – масса элемента.
Расчет ведется по следующему алгоритму:
1) Расчет статического напряженно-деформированного состояния при рабочем давлении как начального состояния РКО с формированием базы равновесных состояний
РКО.
Расчет ведется в соответствии с методикой, предложенной в разделе 2.2 диссертации исходя из допущения выхода на динамический режим из установившегося статического
напряженно-деформированного состояния. При решении задачи равновесного напряженно-деформированного состояния с учетом растяжения корда и слоя резины в расчетную базу данных вносятся все промежуточные решения.
2) Выбор шага времени интегрирования.
Шаг по времени в процессе решения задачи устанавливается фиксированным. Выбор шага
интегрирования должен удовлетворять условиям минимизации ошибки и оптимизации
времени расчета. В первом приближении шаг времени интегрирования предлагается выбрать по следующей зависимости:
1
∆ =
10 ∙ 
,где  – максимальное численное значение частот сил действующих на систему.
3) Расчет квазистатического напряжённо-деформированного состояния.
Расчет напряженно-деформированного состояния РКО системы на текущем шаге по времени в соответствии с разработанной математической моделью в разделе 3.2. диссертации
с учетом рассчитанных для текущего шага по времени сил инерции.
4) Сравнение полученного равновесного состояния с имеющимися в базе.
Полученный расчет сравнивается с существующими решениями в формируемой базе
напряженно-деформируемых состояний РКО. В случае отсутствия решения равного полученному с отклонением в 2% в базу вносится найденное решение.
В совпадении решений в таблицу соотношения времени и состояний РКО вносится запись с указанием результатов текущего состояния.
5) Определение локального экстремума
9
Проводится анализ полученных значений напряжённо-деформированного состояния в
сравнении с предыдущими. На основании анализа и значений функции определяется локальное значение экстремума.
6) При нахождении не менее 5 экстремальных идентичных с заданным отклонением
равновесных состояний - завершение расчета
Анализ линии тренда на основании значений 5 последних экстремумов позволяет определить установившийся режим. При достижении установившегося режима расчет прекращается.
Упрощенный расчет динамических параметров РАР в приближенной постановке позволяет провести быстрый расчет собственных частот, амплитуды колебаний и коэффициента
передачи нагрузки на основание РАР, но принятые при расчете допущения приводят к большим отклонениям результатов расчета.
Математическая модель для расчета динамических параметров РКО в составе РАР с учетом растяжения корда и резины представляет собой реализацию явного метода Эйлера для
численного решения системы дифференциальных уравнений и позволяет получить значения
основных геометрических и силовых характеристик РКО в составе РАР в зависимости от
времени, но при этом требовательна к вычислительным ресурсам.
Четвертая глава посвящена верификации полученных математических моделей через
сравнение с результатами экспериментальных исследований статического (разд. 4.1) и динамического (разд. 4.2) нагружения РКО. Выводы по главе формулируются в разд. 4.3.
Объектом экспериментальных исследований была выбрана резинокордная оболочка, разработанная на основе геометрических и конструкционных параметров РКО модели Н-652
(рис. 5).
Рис. 5. Резинокордная оболочка модели Н-652
Основным конструктивным отличием исследуемых оболочек от серийно выпускаемых
оболочек является отличный от равновесного угол закроя.
Конструктивные параметры РКО привеТаблица 1 дены в таблице 1.
Конструктивные параметры РКО
Цикл статических испытаний состоял из
Н-652
следующих испытаний:
Длина патрубка
1м
1)
Определение зависимости распорного
Диаметр проходного сечения
0,1 м
осевого усилия от давления во внутренней
Длина рабочей области
0,85 м
полости РКО;
Корд
Аром -75
2)
Определении статической нагрузочЧисло слоев
2
ной характеристики – зависимости распорТолщина покровного слоя
5 мм
ного усилия от перемещения одного из торгерметизирующего слоя 5 мм
цов РКО.
10
Для каждого вида испытаний разработана методика, определяющая порядок подготовки
оболочки к испытаниям, перечень средств испытания и измерения, режимы испытаний, контролируемые параметры, критерии прохождения испытаний,
порядок подготовки и проведения испытаний. Данные методики внедрены в производственную
деятельность
ФГУП
Рис.6. Схема замеров геометрических параметров РКО
«ФНПЦ «Прогресс», что подтверждено соответствующим актом внедрения.
На рис. 6 приведена схема замеров диаметральных размеров для контроля геометрических
параметров РКО в процессе испытаний.
Для проведения статических испытаний был разработан и изготовлен специализированный испытательный стенд. На рис. 7 показаны эскизы и 3D модель испытательного стенда с
установленным для испытаний образцом РКО.
На рис. 8. приведены фотографии РКО, установленной на испытательном стенде.
Испытания по определению
распорного усилия проводились на
РКО с углом закроя 52° при следующих значениях избыточного давления во внутренней полости РКО:
0 МПа; 0,2 МПа; 0,4 МПа, 0,6 МПа;
0,8 МПа, 1 МПа.
Для определения статической
нагрузочной характеристики испыа)
тания проводились на РКО с углом
закроя 40° при следующих условиях:
- величина избыточного давления во внутренней полости РКО: 0
МПа; 0,65 МПа; 1,3 МПа;
- величина перемещения РКО
на сжатие (растяжение) в осевом
направлении: 50 мм.
Для данных конструктивных
параметров и условий испытаний
были проведены расчеты в соответствии с предложенными в работе
математическими моделями:
- упрощенной статической маб)
тематической моделью расчета
Рис.7. Эскиз (а) и 3D модель (б) испытательного
напряженно-деформированного состенда
стояния рукавного амортизатора
растяжения;
- статической моделью рукавного амортизатора растяжения с учетом растяжения корда и
резины.
11
Рис. 8. РКО модели Н-652 на испытательном стенде для проведения статических
испытаний
На рис. 9 приведено сравнение результатов моделирования распорного усилия в зависимости от давления во внутренней полости РКО с полученными экспериментальными данными.
12
а)
б)
Рис. 9. Расчетное распорное усилие в зависимости от давления во внутренней полости РКО
при углах закроя корда 40° и 52°
На рис. 10 приведено сравнение результатов моделирования геометрии поперечных сечений РКО под действием давления во внутренней полости РКО с результатами экспериментальных исследований. Моделирование проводилось в соответствии со статической моделью
рукавного амортизатора растяжения с учетом растяжения корда и резины.
13
а)
б)
Рис. 10. Поперечные сечения РКО под действием давления во внутренней полости РКО
а) угол закроя корда 40°, б) угол закроя корда 52°
На рис. 11 приведено сравнение результатов моделирования статической нагрузочной характеристики РКО с уголком закроя корда 40° в соответствии с упрощенной моделью и статической моделью с учетом растяжимости корда и резины с результатами экспериментальных
исследований.
Анализ приведенных результатов показывает, что для упрощенной математической модели отклонения лежат в пределах 20%, для модели с учетом растяжимости корда и резины –
отклонения не превышают 4% в сравнении с полученными экспериментальными данными.
14
а)
б)
Рис. 11. Расчетная статическая нагрузочная характеристика РКО с углом
закроя корда 40°
а) Давление во внутренней полости 1.3 МПа; б) Давление во внутренней полости 0.65 МПа
Целью проведения исследований динамического напряженно-деформированного состояния является определение входной и передаточной динамической жёсткости в осевом направлении.
На рис. 12 представлена трехмерная модель испытательного стенда для проведения динамических испытаний.
Два образца патрубков, собранные через полую (с проходным диаметром, соответствующим Dу рукава) проставку, устанавливались горизонтально, противоположные фланцы
жестко закреплялись на опоре стенда. Характеристики определяются только для патрубка,
установленного на датчиках силы, второй патрубок используется как вспомогательный для
создания симметричной схемы в целях исключения поворотных движений входного фланца
15
испытуемого образца. Кроме того, такая схема и применение полой проставки исключает изменение суммарного объема внутренней полости при перемещении входного фланца (исключает движущийся поршень на входе рукава).
Рис. 12. Трехмерная модель испытательного стенда для определения осевой динамической
жесткости
В тракт измерения силы входят четыре акселерометра типа 4384 и усилитель заряда
типа 2635 фирмы «Брюль и Къер» (Дания). Тракт измерения силы представлен восемью трехкомпонентными датчиками силы 9067 (9068) и двумя усилителями заряда типа 5017 фирмы
«Кистлер» (Швецария), а также сумматором напряжения.
Тракт возбуждения состоит из встроенного в спектроанализатор 2034 генератора, усилителя мощности А438 (PRODERA) и специальных электродинамических вибраторов
PRODERA 20JE20/D.
Обработка сигналов проводилась двухканальным спектральным анализатором 2034
фирмы «Брюль и Къер». Хранение и обработка результатов испытаний проводилась на персональном компьютере.
На рис. 13 приведена фотография пары РКО на испытательном стенде.
Рис. 13. Пара РКО Н-652 на динамическом испытательном стенде
16
Испытания проводились в соответствии с методикой динамических испытаний, разработанной ФГУП «Крыловский государственный научный центр» и утвержденной ФГУП
«ФНПЦ «Прогресс».
На рис. 14. представлены результаты испытаний РКО Н-652.
Рис. 14 Передаточная и входная динамическая жесткость РКО Н-652
Испытания показали, что первая собственная частота РКО Н-652 лежит в диапазоне 3-6
Гц. С целью сохранения конструкции РКО при испытаниях данный диапазон был исключен.
Расчет динамической осевой жесткости РКО представляет собой ресурсоемкий расчет динамических параметров на разных частотах возмущающего воздействия. При расчете в качестве конструктивных параметров выбираются параметры РКО модели Н-652 с углом закроя
корда 40°. Параметры нагружения эквивалентны параметрам экспериментального исследования.
В пятой главе проделан расчет оптимальных конструктивных параметров РКО в составе
системы виброизоляции грохота инерционного ГИСЛ62ВЧ.
В разд. 5.1 сформулирована инженерная методика выбора конструктивных параметров
РКО в составе РАР. Методика заключается в итерационном уточнении конструктивных параметров РКО в составе РАР с использованием разработанных математических моделей и включается в себя следующие этапы:
1) Расчет и оптимизация конструктивных параметров РКО в составе РАР на основании
упрощенной статической модели расчета напряженно-деформированного состояния рукавного амортизатора растяжения.
2) Уточнение конструктивных параметров РКО в составе РАР на основании статической
модели рукавного амортизатора растяжения с учетом растяжимости корда и резины.
3) Определение динамических параметров РАР в приближенной постановке.
4) Расчет динамических параметров РКО в составе РАР с учетом деформации корда и резины с целью уточнения амортизирующих и виброизолирующих характеристик амортизатора.
17
Для проведения расчета в соответствии с
предложенной методикой выбрана система
виброизоляции
грохота
инерционного
ГИСЛ-62. В разделах 5.2 и 5.3 приведены
описания конструкции грохота ГИСЛ-62 и
Производительность, м3/ч зависит от типа материала и условий грохочепредложение по модернизации конструкции
ния
системы виброизоляции.
Размеры просеивающих поверхностей
В табл.2 приведены основные техничеширина, мм
2000
ские характеристики виброгрохота ГИСЛ-62.
длина верхнего яруса, мм
5700
Данный грохот и его вариант производлина нижнего яруса, мм
5400
дятся в России и странах ближнего зарубежья
Площадь просеивающей поверхности
на предприятиях ООО «Луганский машиноверхнего яруса, м2
11
строительный завод имени А. Я. Пархонижнего яруса, м2
10,8
менко», ООО «Машзавод ПРОМВИС», ЗАО
Количество ярусов просе2
«Спецтехномаш», ООО «Завод горно-обогаивающих поверхностей
тительного оборудования «Прогресс» и друГабаритные размеры колеблющейся части грогими производителями.
хота, мм
длина, мм
5700
Потребителями являются горнодобываширина, мм
2700
ющие и горно-обогатительные предприятия
высота, мм
2550
ООО ГОФ «Анжерская», ЗАО «Угольная
Кинематические параметры
компания «Разрез «Степной», ОАО «Разрез
частота собственных коле12,25
-1
Сереульский», в подразделениях ПАО
баний грохот, не более, с
«Алроса».
амплитуда колебаний , мм
4,5.-7,5
На рис. 15 приведены общий вид виброЭлектродвигатели
грохота
ГИСЛ-64.
мощность, кВт
2x15
На рис. 16 приведены фотографии грочисло оборотов одного
750
хота.
двигателя, об/мин
Предлагаемая модернизация системы
Эксплуатационные характеристики
виброизоляции
виброгрохота ГИСЛ-64 замаксимальный угол
25
ключается в замене пружинных амортизатонаклона, °
полная масса грохота со8800 кг
ров, в качестве силовых амортизирующих
ставляет
элементов, на рукавные амортизаторы растямаксимальное значение
1300 Н
жения (рис. 17). За счет модернизации оживозмущающей силы на
дается достижение следующей технической
одну опору грохота
задачи: снижение передаваемой нагрузки на
строительные сооружения при сохранении амплитуды грохочения.
В предлагаемой конструкции агрегат вывешивается на системе амортизации состоящей
из РАР на основе РКО нагруженной внутренним давлением, обеспечивающим грузоподъемность, соответствующую весу агрегата. В процессе работы виброгрохота ГИСЛ-62 динамическая нагрузка гасится при передаче через РАР на опоры.
Подбор оптимальных параметров РКО, на основе которой создается РАР, позволит решить поставленную техническую задачу.
В разделе 5.4 проведен предварительный анализ оптимальных конструктивных параметров РКО для снижения силового воздействия на строительные сооружения с целью его применения в качестве виброизолятора грохота инерционного ГИСЛ62ВЧ при нагружении гармонически изменяющейся силой.
Таблица 2
Технические характеристики инерционного
виброгрохота ГИСЛ-62
Наименование параметра
Величина
18
а)
б)
Рис. 15. Общий вид инерционного грохота ГИСЛ-62
а) использование пружинных опор; б) вывешивание агрегата
Рис. 16. Фотографии инерционного грохота ГИСЛ-62
Основными конструктивными параметрами РКО, которые могут быть определены с
помощью предлагаемой методики являются:
r0 – радиус проходного сечения РКО;
H0 – рабочая длина РКО;
G0, E0, µ0, G1, E1, µ1 – модуль сдвига, модуль Юнга, коэффициент Пуассона для герметизирующего и покровного слоев резины;
h0, h1 – толщины герметизирующего и покровного слоев резины
Nmax – максимальное усилие нити корда;
β0 – начальный угол закроя корда;
n – количество слоев корда;
t0 – начальный шаг корда.
Оптимизация конструкции с использованием такого числа параметров затруднительна. Для упрощения расчетов зададимся следующими технологическими параметрами:
Материал герметизирующего и покровного слоев - резина со следующими свойствами
: E0= E1=10МПа; G0= G1=3.6 МПа; µ0=µ1=0.49.
19
Материал корда: Русар -75 Nmax=735 Н, t0= 1.3 мм.
Рис. 17. Общий вид модернизированной
системы виброизоляции инерционного
грохота ГИСЛ-62 на основе РАР
Технологические размеры РКО, обусловленные сборочной оснасткой требованиями к габаритам системы виброизоляции:
r0=50 мм; H0 = 840 мм.
Таким образом, проводится анализ
следующих параметров в следующих заданных диапазонах:
h0=h1=2 – 10 мм;
n = 2-6;
β0 = 39 – 55°.
Для расчета системы виброизоляции
зададимся следующими параметрами нагружения:
Нагрузка на один элемент РКО - 22000 Н;
Максимальное значение возмущающей силы 1300 Н;
Частота возмущающей силы - 16 Гц;
Рабочая амплитуда колебаний - 0,5 см;
Максимальная амплитуда колебаний - 2,5 см
Проведем расчет несущей способности
РКО на основе упрощенной модели расчета
напряженно-деформированного состояния рукавного амортизатора. Расчетный диапазон
углов закроя: 39-55°. Для уточнения расчетной несущей способности проведем расчет
при отклонении 0 и 2,5 см. Результаты расчета распорного усилия приведены на рис. 18.
Рис. 18. Распорное усилие РКО на основе упрощенной модели расчета напряженно-деформированного состояния рукавного амортизатора
Полученный расчет позволяет ограничить выбор угла раскроя корда в диапазоне 3943°, что позволяет РКО в составе системы виброизоляции обеспечивать заданную грузоподъемность при необходимой амплитуде грохочения.
Для уточенного диапазона значений угла закроя проведем расчет динамических параметров РАР в приближенной постановке. На рис. 19 приведена расчетная зависимость собственной частоты колебаний РКО в составе РАР от угла закроя корда. Функция испытывает
локальный экстремум при значении угла закроя корда равным 40°. Следовательно, данный
20
угол закроя является оптимальным по результатам приближенных вычислений и обеспечивает
минимальное значение коэффициента передачи нагрузки на основание.
Рис. 19. Зависимость первой собственной частоты колебаний РКО от угла закроя корда
Статические и динамические параметры РКО с данными конструктивными параметрами
приведены ранее в данной работе.
В Приложения вынесены код для среды MATLAB для расчета эксплуатационных параметров РКО в составе РАР на основе упрощенной модели, код для среды MATLAB для численного решения статической математической модели напряженно-деформированного состояния резинокордного амортизатора растяжения с учетом растяжения корда и резины, акт внедрения результатов исследования и патенты, полученные в результате проведения исследования.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Разработана упрощенная статическая математическая модель расчета напряженно-деформированного состояния рукавного амортизатора растяжения для оценки эксплуатационных параметров РАР. Результаты моделирования на основе упрощенной модели могут
быть использованы с целью оптимизации конструктивных параметров РКО в качестве
приближения сверху для расчета статической нагрузочной характеристики РАР. Отклонение от экспериментальных значений составляет до 20%.
2. Разработанная статическая модель рукавного амортизатора растяжения с учетом растяжимости корда и резины позволяет с отклонением до 4% по силовым и до 2% по геометрическим характеристикам по отношению экспериментальным данным получить данные
напряженно-деформированного РКО в составе РАР. Существенным недостатком данной
модели является значительные затраты вычислительных ресурсов и времени.
3. Предложенная динамическая математическая модель резинокордной оболочки по теории
сетчатых оболочек вращения с учётом растяжимости нитей корда и резины позволяет смоделировать динамические процессы РАР с отклонением до 5% по силовым и до 8% по
геометрическим характеристикам по сравнению с полученными экспериментальными
данными, но ресурсоемка по отношению к вычислительным ресурсам и времени.
4. Проведенные экспериментальные исследования статических и динамических параметров
РКО в составе РАР подтверждают адекватность предложенных математических моделей.
Предложенные методики проведения статических испытаний внедрены в производственный процесс ФГУП «ФНПЦ «Прогресс»
5. Предложена инженерная методика расчёта основных конструктивных параметров РКО в
составе РАР включающая как упрощенные, так и точные математические модели. В процессе проведения расчета были сформированы и предложены конструктивные решения,
направленные на повышение надежности РКО и расширение эксплуатационных характеристик РАР. На предложенные конструктивные решения получены патенты.
21
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:
1. Андрейкова Л.Н. Изменение механических свойств сверхпрочных арамидных кордных
нитей РУСАР-200 под действием нагрузки и температуры/ Л.Н. Андрейкова, Е.С. Аникин, А.В. Онуфриенко, Т.С. Чеснокова, А.А. Горбатюк // Каучук и резина. – 2011. - №2
– С. 28-30.
2. Андрейкова Л.Н. Изменение свойств высокомодульного арамидного корда в процессе
пропитывания/ Л.Н. Андрейкова, Е.С. Аникин, С. Я. Ходакова, Т.С. Чеснокова, А.В.
Онуфриенко // Промышленное производство и использование эластомеров. - 2012. - №
1. - С. 28-30.
3. Онуфриенко А. В. Расчет резинокордного амортизатора растяжения/ Г.С. Русских, А.В.
Онуфриенко, Е.Ю. Глазкова // Омский научный вестник. – 2015. - №3 (143), С.90-94.
Патенты РФ:
4. Пат. 2327076 Российская Федерация, МПК F 16 L 11/08, F 16 L 33/22. Гибкий армированный рукав / Аникин Е.С., Онуфриенко А. В.; заявитель и ФГУП «НПП «Прогресс».
- № 2006143508/06; заявл. 07.12.2006; опубл. 20.06.2008, Бюл. № 17.
5. Пат. 2338951 Российская Федерация, МПК F 16 L 11/08. Гибкий армированный рукав /
Аникин Е.С., Онуфриенко А. В., Баранов В.А.; заявитель и ФГУП «НПП «Прогресс». № 2007116501/06; заявл. 02.05.2007; опубл. 20.11.2008, Бюл. № 32.
6. Пат. 2534260 Российская Федерация, МПК F 16 L 33/22. Устройство крепления арматуры оболочек вращения/ Аникин Е.С., Зубарев А.В., Онуфриенко А. В., Клименьтев
Е.В. Звонов А.О.; заявитель и ФГУП «НПП «Прогресс». - № 2013146270/06; заявл.
16.10.2013; опубл. 27.11.2014, Бюл. № 33.
Статьи в материалах конференций и других изданиях:
7. Онуфриенко А. В. Дополнительная составляющая осевого усилия патрубка с резинокордной оболочкой/ А.В. Онуфриенко, Е.С. Аникин, А.В. Зубарев, В.А. Щепетков //
Динамика систем, механизмов и машин. - 2014. - № 1. - С. 131-135.
8. Корнеев С.А. Расчет резинокордного амортизатора растяжения/ С.А. Корнеев Г.С. Русских, А.В. Онуфриенко, Е.Ю. Глазкова //Материалы XXIV Всероссийской конференции «Численные методы решения задач теории упругости и пластичности», г. Омск.
02-04 июня 2015 г. - С. 95 - 100.
9. Онуфриенко А. В. Определение возможности и эффективности применения рукавного
амортизатора растяжения типа РАР в качестве виброизолятора / А.В. Онуфриенко, Е.С.
Аникин, А.А. Горбатюк // Сборник докладов V Всероссийской научно-практической
конференции с международным участием «Защита от повышенного шума и вибрации»,
Санкт-Петербург, 18-20 марта 2015 г. - С. 283-293
10. Онуфриенко А. В. Использование цилиндрического резинокордного патрубка в качестве резинокордного амортизатора растяжения/ Г.С. Русских, // Материалы 6-й международной научно-технической конференции. «Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства», Омск, 25-30 апреля 2016 г. – С. 73-74.
22
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
1 952 Кб
Теги
амортизаторы, рукавных, использование, агрегатов, виброизоляция, растяжение, машина
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа