WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

3. РАСЧЁТ ПОДПРЕССОВОЧНОГО УСТРОЙСТВА СЕКТОРНОГО ФОРМАТОРА-ВУЛКАНИЗАТОРА Подпрессовочное устройство (рис. 3.1) представляет собой две тонкостенные круглые торообразные оболочки, связанные между собой двумя кольцевыми пластинами, и служит для уменьшения облоя в процессе формования покрышек в форматорах-вулканизаторах с байонетным затвором вулканизационных пресс-форм.

Кольцевые пластины (рис. 3.2), соединяющие наружную и внутреннюю торообразные оболочки, нижней своей частью опираются на основание силовой плиты формы, а верхняя часть пластины имеет зазор y0 с верхней плитой пресс-формы. Давление воды в устройстве изменяется от нуля до рабочего р за время одного цикла формования покрышки.

Необходимо заметить, что в момент перекрытия осевого зазора yмежду верхней кольцевой пластиной и поверхностью пресс-формы, давление внутри подпрессовочного устройства небольшое и составляет примерно 2% от рабочего давления р. При дальнейшем увеличении давления p до рабочего кольцевые пластины будут подвержены только контактным напряжениям, величины которых незначительны и не превышают рабочего давления р.

В основном нагружению будут подвержены торообразные оболочки, в которых могут возникать значительные напряжения, особенно в краевых зонах сопряжения с кольцевыми пластинами, определяющие прочность и долговечность всего подпрессовочного устройства.

В работе [27] проводилось исследование подобной конструкции подпрессовочного устройства методом теории упругости. Полученные авторами результаты напряжённо-деформированного состояния достаточно сложны и громоздки в вычислениях и не апробированы ни другими методами расчёта, ни экспериментом. Поэтому применять эти расчёты как инженерные на предварительных этапах проектирования подобных типов конструкций для оценки работоспособности и долговечности считаем нерациональным.

В связи с этим предлагается более простая и достаточно точная для инженерных расчётов методика расчётов на прочность торообразных оболочек, сопряжённых с кольцевыми пластинами.

Ввиду геометрической и силовой симметрии конструкции подпрессовочного устройства рассматривается напряжённое состояние не всей конструкции в целом, а плоская деформация статически неопределимой замкнутой кольцевой рамы единичной толщины и нагруженной равномерно-распределённой нагрузкой р [МПа] (рис. 3.2).

Рис. 3.1. Общий вид подпрессовочного устройства R 0 r P[Па] Rl0 lrrrR rРис. 3.2. Подпрессовочное устройство в месте расположения кольцевых силовых плит форматора-вулканизатора в разрезе Для оценки же прочности в наиболее опасной точке торообразной оболочки наряду с напряжениями, полученными по балочной теории, учитываются напряжения в сечении тора, вычисленные по безмоментной теории тонкостенных оболочек.

Учитывая, что из двух торообразных оболочек, связанных между собой кольцевыми пластинами, наиболее нагруженной является внутренняя оболочка [28], то в дальнейшем будем рассматривать напряжённое состояние внутренней торообразной оболочки.

Возможны два варианта установки подпрессовочного устройства:

1 – кольцевые пластины по всей поверхности в радиальном направлении сверху и снизу полностью соприкасаются с поверхностью пресс-форм ( l0 = 0, рис. 3.2).

2 – кольцевые пластины в радиальном направлении не перекрывают поверхности пресс-форм ( l0 0, рис. 3.2).

В связи с этим рассматривают два варианта расчётных схем подпрессовочного устройства (рис. 3.3, а, 3.3, б).

l y RREJ EJ r r EJxxNA NA x2 A x2 B A p p 0 C C l а) б) Рис. 3.3. Варианты расчётных схем подпрессовочного устройства Представленные на рис. 3.3 расчётные схемы кольцевой рамы трижды статически неопределимы, однако, осевые усилия NA = pc находятся из условия равновесия и число неизвестных в сечении А и В снижаются до двух. Эти неизвестные находятся из канонических уравнений метода сил [28].

11x1 + 12x2 + 1p = y0, (3.1) 21x1 + 22x2 + 2 p = 0, где x1 и x2 – неизвестные внутренние усилия, приходящиеся на единицу длины кольца; i, j (i, j = 1, 2) единичные коэффициенты, i, p (i = 1, 2) – грузовые коэффициенты уравнений, определяемые по формулам:

Mi M Mi M j i, j = rd ; iр = rd, (3.2) EJ EJ 0 где Mi, M – единичные моменты от единичных сил и моментов, j приложенных в мест ах действия неизвестных усилий x1 и x2 ; EJ – жёсткость кольца единичной толщины при изгибе; – текущий угол сечения кольца.

M1 = 1[l0 + sin 0 r sin + cos 0 r(1- cos )], (3.3) M = 1. (3.4) y c c c c y h Момент M от внешней нагрузки запишется:

plM = pr2 (1 - cos) + N r cos0 sin + VA sin0r sin + A (3.5) - NA sin0r(1- cos) + VAr cos0r(1 - cos), где VA = pl0.

Для расчётной схемы (рис. 3.3, а) выражение коэффициентов (3.2), входящих в систему уравнений (3.1) запишется:

-2l0 11 = + [l + sin2 0 r2 sin2 + cos2 0 r2(1- cos )2 + 3EJ0 EJ + 2l0 sin 0 r sin + 2l0 cos 0 r (1- cos ) + 2sin 0 cos 0 (3.6) r2 sin (1- cos )]rd, -2l0 2 l0 22 = + rd = EJ0 + EJ ( - 0) r, (3.7) EJ0 EJ -2 0,5l0 12 = 21 = + [l + sin0 rsin + cos0 r(1- cos)]rd, (3.8) EJ0 EJ -2 0,25 p l0 1p = - + pr (1 - cos ) + N r cos 0 sin + A [ EJ0 EJ p l+ VA sin 0 r sin + - N sin 0 r (1 - cos ) + VA cos A r (1 - cos )][l0 + sin 0 r sin + cos 0 r (1- cos )]rd, (3.9) p l0 1 -2 p = - - pr2 (1- cos ) + NA r cos 0 sin +VA [ EJ0 EJ p l sin 0 r sin + - NA sin 0r(1- cos ) +VA cos r (1- cos )]1rd, (3.10) где EJ0 – жёсткость при изгибе сечения пластины единичной толщины.

Интегралы, входящие в выражения, являются табличными и не представляют затруднений при вычислении.

Подставляя найденные значения коэффициентов в систему уравнений (1), находим значения неизвестных усилий х1 и х2, отнесённые к единице толщины пластины и оболочки.

Для получения значений неизвестных х1 и х2 для расчётной схемы (рис. 3.3, б), необходимо положить в выражениях для коэффициентов (3.6) – (3.10) l0 = 0.

После определения неизвестных усилий х1 и х2 выражения для изгибающих моментов и нормальных сил, отнесённых к единице длины пластины и оболочки запишутся:

– для участка пластины ВА p zBA M = -x2 - x1 z +, BA A N = N, где z – текущая координата, 0 z l0 ;

– для участка АС AC M = pr2(1- cos ) + N r cos 0 sin +VA sin 0 r sin + A p l+ - N sin 0 r (1- cos ) + VA cos 0 r (1- cos ) - A - x1[l0 + sin 0 r sin + cos 0 r (1- cos )]- x2, AC N = x1 sin 0 cos + N cos 0 cos +VA sin 0 cos + pz sin.

A Напряжения в пластине и кольце в меридиальном направлении будут складываться из изгибных напряжений и напряжений растяжения:

BA BA 6M N – для пластины BA = + ; (3.11) h2 h AC AC 6M N – для кольца AC = +. (3.12) В окружном направлении пластины и торовой оболочки также возникают нормальные напряжения, одинаковые по знаку с напряжениями, вычисленными по формулам (3.11), (3.12), но в µ раз меньше AС BA = µ BA, 0 = µ AС, где µ – коэффициент Пуассона для материала пластины оболочки.

Так как напряжения и 0 для пластины и торовой оболочки имеют общий знак, то эквивалентное напряжение по третьей гипотезе прочности будет определяться максимальным напряжением, вычисленным по формулам (3.11) или (3.12) III = 1 - 3 = max.

э Рассмотрим пример расчёта подпрессовочного устройства по вышеприведённой методике для форматора-вулканизатора ФВ1-500, работающего на ОАО "Ярославский шинный завод". Исходные данные: p = 2,5 МПа, R = 0,814 м; R1 = 0,317 м; R2 = 0,847 м; r1 = 0,365 м;

r0 = 0,35 м; r2 = 0,8 м; l0 = 0,014 м; r = 0,0365 м; h = 0,004 м; = 0,002;

0 = 25°; с = 0,0154м; y0 = 0,002 м; J0 = 8J. Материал подпрессовочного устройства – сталь 08Х13, в = 450 МПа; Е = 25 105 МПа; µ = 0,3; цикл нагружения – пульсирующий [16].

По формулам (3.6) – (3.9) определяем коэффициенты канонических уравнений (3.1) для расчётной схемы (рис. 3.3, а):

1 1 11 = 65,58 104 ; 22 = 0,0002 106 ; 21 = 12 = 1,04 104 ;

EJ EJ EJ 1 1p = -24,875 p ; 2 p = -0,37928 106 p.

EJ EJ Подставляя значения коэффициентов в систему уравнений (3.1), находим неизвестные усилия, отнесённые к единице длины:

x1 = 112,818 Н/мм; x2 = –1155,69 Нмм/мм.

Для расчётной схемы (рис. 3.3, б) значения коэффициентов и неизвестных усилий получатся из решений по расчётной схеме (рис. 3.3, а) при l0 = 0:

1 11 = 0,4031106 ; 22 = 0,00097106 ;

EJ EJ 1 21 = 12 = 0,007646106 ; 1p = -13,33106 p ;

EJ EJ 2 p = -0,2527 106 p ;

EJ x1 = 82,299 Н/мм; x2 = -103,95 Нмм/мм.

Внутренние усилия в пластине и оболочке с учётом найденных сил и моментов x1 и x2 для расчётной схемы (рис. 3.3, а) запишутся:

p zBA M = - x1 z - x – для участка пластины ( 0 z l0 );

BA N = Na plAC M = pr2(1- cos) + + N r cos0 sin +VA sin 0 r sin A - N sin 0 r (1- cos) +VA cos0 r (1- cos) – A - x1[l0 + sin 0 r sin + cos0 r (1- cos)]- x2; 0 155° AC N = pr (1- cos) + N sin(0 + ) +VA cos(0 + ) + x1 cos(0 + ) A для оболочки.

Для расчётной схемы (рис. 3.3, б) выражения для моментов и нормальных усилий получаются при l0 = 0. Эпюры моментов и нормальных сил для двух вариантов расчётных схем приведены на рис. 3.4, а, б.

Напряжения в наиболее характерных сечениях пластины и кольца вычисляются по формулам (3.11) и (3.12).

Для расчётной схемы (рис. 3.3, а):

6M NB 6 1155,69 15,4 2,B B = + = + = 443,0 МПа;

h 16 h6M N 6 178,762 86,A A = + = + = 311,5 МПа;

A 4 6MC NC 6 161,649 92,C = + = + = 288,69 МПа.

4 Для расчётной схемы (рис. 3.3, б):

6M N A A = + = 155,92 + 40 = 196 МПа;

A 6M NC C C = + = 198,1 + 44 = 242,0 МПа.

Следует заметить, что напряжения во внутренних точках торовой оболочки, вычисленные по безмоментной теории [28], будут pr 2R1 - r без С = = 48,56 МПа, 2 R1 - r и близки по своему значению к растягивающим напряжениям, вычисNC ленных для кольца: C =.

Сопоставляя напряжённые состояния для двух расчётных схем, приходим к выводу, что наличие радиального зазора l0 в расчётной схеме (рис. 3.3, а) значительно снижает ресурс работы всего подпрессовочного устройства. Напряжение для этой расчётной схемы в месте сопряжения пластины с оболочкой в 311,5/196 1,6 раза больше, чем напряжения в этом же сечении по схеме (рис. 3.3, б), а максимальные напряжения в 443/242 1,8 раза больше максимальных напряжений в оболочке (рис. 3.3, б).

Поэтому в наиболее благоприятных условиях нагружения находится конструкция подпрессовочного устройства, выполненного по схеме (рис. 3.3, б), где кольцевые пластины без радиального зазора ( l0 = 0 ) полностью соприкасаются по поверхности силовых плит пресс-форм.

Эти выводы подтверждаются испытаниями на подпрессовочных устройствах, проведённых на вулканизационных пресс-формах форматоров-вулканизаторов ФВ1-500, работающих на ОАО "Ярославский шинный завод". Конструкция подпрессовочного устройства, выполненная по схеме (рис. 3.3, а), выдержала 1500 циклов нагружения, после чего произошло её разрушение. Данное число циклов N = 1500 соответствует, согласно кривой усталостной прочности для нержавеющей стали, напряжению max = B = 443 МПа.

Конструкция устройства, выполненная по рис. 3.3, б, позволяет при максимальном напряжении max = 242 МПа в торовой оболочке выдержать число циклов нагружения на порядок больше, чем по схеме рис. 3.3, а. Поэтому при конструировании подпрессовочных устройств следует рекомендовать установку кольцевых пластин на плиту прессформ без зазора ( l0 = 0 ).

Для подтверждения вышеуказанной инженерной методики расчёта подпрессовочных устройств были также проведены исследования напряжённо-деформированного состояния численным методом – методом конечных элементов (МКЭ), принимая за расчётную схему реальную оболочечную конструкцию, состоящую из двух торообразных оболочек, сопряжённых между собой двумя кольцевыми пластинами и нагруженную рабочим давлением p = 2,5 МПа [29].

Результаты вычислений по максимальным расчётным напряжениям по МКЭ в наиболее опасных точках подпрессовочного устройства (рис. 3.4 а, б) показали:

– для расчётной схемы (рис. 3.3) МКЭ = 430 МПа, разница В по вышеприведённой методике для этой точки составила 443- 100% 3% ;

МКЭ – для расчётной схемы (рис. 3.3, б) С = 236,4 МПа, что составило 242,1- 236,100% 2,4%.

242,Это подтверждает правильность выбора расчётных схем и инженерных методов расчёта, принятых при исследованиях напряжённодеформированного состояния подпрессовочного устройства [30].

а) б) Рис. 3.4. Эпюры моментов и нормальных сил ЗАКЛЮЧЕНИЕ В учебном пособии показаны современные методики расчёта и конструирования прессового и литьевого оборудования. Решены вопросы расчёта на прочность и жёсткость материального цилиндра, станин, выбора оптимальных геометрических параметров основных тяжело нагруженных деталей прессового и литьевого оборудования.

Предложены современные методики расчёта основных конструктивных параметров гидравлических прессов и литьевых машин при условии минимизации их массы и габаритов. Разработанное программное обеспечение для расчёта нового и модернизации существующего прессового и литьевого оборудования позволяют автоматизировать проектирование и сократить его время.

Работа предназначена для студентов старших курсов и магистрантов при выполнении курсовых, дипломных проектов, магистерских диссертаций и для инженеров, занимающихся расчётом и проектированием прессового и литьевого оборудования переработки полимерных материалов.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров и магистров техники и технологии 150400, 151900, 261700, 150700, занимающихся расчётом и проектированием оборудования для переработки полимерных материалов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Завгородний, В.К. Литьевые машины для термопластов и реактопластов / В.К. Завгородний, Э.Л. Калинчев, Е.И. Марам. – М. :

Машиностроение, 1968. – 374 с.

2. Техника переработки пластмасс / Под ред. Н.И. Басова, В. Броя. – Совместное издание СССР и ГДР (Издательство "Дейтчер Дерлаг Фюр Грундштоффиндустрия, г. Лейпциг). – М. : Химия, 1985. – 528 с.

3. Басов, Н.И. Расчёт и конструирование оборудования для производства и переработки полимерных материалов : учебник / Н.И. Басов, Ю.В. Казанков, В.А. Любартович. – М. : Химия, 1986. – 488 с.

4. Пантелеев, А.П. Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс / А.П. Пантелеев, Ю.М. Шевцов, И.А. Горячев. – М. : Машиностроение, 1986. – 400 с.

5. Автоматизированное проектирование и расчёт шнековых машин : монография / М.В. Соколов, А.С. Клинков, О.В. Ефремов, П.С. Беляев, В.Г. Однолько. – М. : Машиностроение-1, 2004. – 248 с.

6. Гурвич, С.Г. Расчёт и конструирование машин для переработки пластических материалов / С.Г. Гурвич, Г.А. Ильяшенко, Ш.Е. Мочман. – М. : Машиностроение, 1970. – 296 с.

7. Завгородний, В.К., Механизация и автоматизация переработки пластических масс / В.К. Завгородний. – М. : Машиностроение, 1970. – 596 с.

8. Гурвич, С.Г. Машины для переработки термопластических материалов / С.Г. Гурвич, Г.А. Ильяшенко, С.Х. Свириденко. – М. :

Машиностроение, 1965. – 327 с.

9. Оборудование для переработки пластмасс : справочное пособие / Под ред. В.К. Завгороднего. – М. : Машиностроение, 1976. – 407 с.

10. Дёмин, Е.Н. Справочник по пресс-формам / Е.Н. Дёмин. – Л. :

Лениздат, 1967. – 367 с.

11. Веселов, В.А. Оборудование для переработки пластических масс в изделия / В.А. Веселов. – М. : Машгиз, 1961. – 212 с.

12. Салазкин, К.А. Прессование, прессы / К.А. Салазкин. – М. :

МИХМ, 1975. – 195 с.

13. Малков, В.П. Оптимизация упругих систем / В.П. Малков, А.Г. Угодников. – М. : Наука, 1981. – 289 с.

14. Филоненко-Бородич, М.М. Курс сопротивления материалов / М.М. Филоненко-Бородич. – М., 1956. – Ч. 2. – 539 с.

15. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя / В.И. Анурьев. – М. : Машиностроение, 1978. – Т. 1. – 728 с.

16. Прочность при малоцикловом нагружении. Основы методов расчёта и испытаний / С.В. Серенсен, Р.М. Шнейдерович и др. – М. :

Наука, 1975. – 540 с.

17. Тимошенко, С.П. Пластики и оболочки : пер. с англ. / С.П. Тимошенко, С. Войновский-Кригер. – М. : Физ.-мат. изд., 1963. – 635 с.

18. Исследование прочностных характеристик и отработка конструкций колонных гидравлических прессов для вулканизации РТИ.

Отчёт по теме 65-74 / ВНИИРТмаш. – Тамбов, 1974. – 34 с.

19. Биргер, И.А. Расчёт резьбовых соединений / И.А. Биргер. – М. : Изд-во оборонной промышленности., 1959. – 440 с.

20. Ортега, Дж. Итерационные методы решения нелинейных систем уравнений со многими неизвестными / Дж. Ортега, В. Рейнбелдт. – М. : Мир, 1975. – 600 с.

21. Зангиллу, У.И. Нелинейное программирование / У.И. Зангиллу. – М. : Советское радио, 1973. – 196 с.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.