Прочность и жесткость камеры вулканизатора типа ВПМ тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ-ОБЗОР

1.1. Область црименения теории упругих цилиндрических оболочек. Вулканизатор покрышек . В

1.2. Теоретические методы расчёта взаимодействия оболочек с жёсткими элементами типа рёбер . Ю

1.3. Постановка задачи.

Глава 2. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТЕОРИИ ТОНКИХ УПРУГИХ

ОБОЛОЧЕК И КРИВЫХ БРУСЬЕВ

2.1. Основные уравнения теории тонких упругих оболочек

2.2. Основные уравнения теории изгиба кривых брусьев.

2.3. Условия совместности деформации оболочки с брусом (зубом).

2.4. Уравнения равновесия для элемента оболочки и бруса.

2.5. Постановка задачи изгиба оболочки, соцряжённой с брусом.

Глава 3. ПРИМЕНЕНИЕ АСИМПТОТИЧЕСКОГО МЕТОДА

ИНТЕГРИРОВАНИЯ К УРАВНЕНИЯМ ТЕОРИИ ОБОЛОЧЕК, ПОДКРЕПЛЕННЫХ ЗУБЬЯМИ

3.1. Асимптотический анализ граничных условий

3.2. Основные уравнения и граничные условия при малом числе зубьев

3.3. Основные уравнения и граничные условия для оболочки с большой изменяемостью напряжённого состояния ( пг ~ а"0'5 )

3.4. Основные уравнения и граничные условия в случае ( rn ~ а""1 ).

3.5. Вывод основного уравнения для сил взаимодействия оболочки с зубом при малом их числе, •

3.6. Исследование основного уравнения и его решение.

3.7. Исследование полей напряжений и перемещений в оболочке и зубе цри т << а"0'

3.8. Методика расчёта на прочность и жёсткость камеры вулканизатора при малом числе зубьев.

Глава 4. РАСЧЕТ КАМЕРЫ ВУЛКАНИЗАТОРА

4.1. Оцределение црогиба на краю оболочки в зависимости от нагрузки и вывод цриближённых формул.

4.2. Оцределение сил взаимодействия оболочки и зуба.

4.3. Приближённый расчёт внутренних усилий в оболочке камеры вулканизатора.

4.4. Исследование напряжений в оболочке.

4.5. Методика расчёта на црочность и жёсткость камеры вулканизатора при большом числе зубьев . ЮЗ

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИСОЩЦОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО

СОСТОЯНИЯ КАМЕРЫ ВУЛКАНИЗАТОРА

5.1. Методика цроведения эксперимента на модели

5.2. Обработка результатов экспериментов.

5.3. Анализ теоретических и экспериментальных данных.

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, принятыми на ХХУ1 съезде КПСС, предусмотрено ускоренное развитие автомобильной промышленности, что соцряжено с увеличением объёма выпускаемых покрышек различных размеров и моделей. Успешное решение этой задачи требует оснащения шинной промышленности страны высо-коцроизводительным вулканизационным оборудованием, отвечающим современным техническим требованиям автоматизации и механизации основных технологических процессов. Одним из наиболее прогрессивных видов отечественного шинного оборудования, разработанного и внедрённого в промышленность в последние годы, являются многопозиционные вулканизаторы покрышек БПМ с байонетным замком запирания прессформ, управляемые подвижным перезарядником.

Байонетный замок црессформ восцринимает значительное по величине распорное усилие и является наиболее ответственным узлом конструкции. Многолетний опыт эксплуатации вулканизаторов БПМ на заводах страны подтвердил их высокую эффективность и выявил необходимость уточнения силового расчёта байонетных замков пресс-форм. С другой стороны качество покрышек во многой определяется жёсткостью вулканизатора в целом и его узлов в отдельности,именно поэтому наряду с исследованием напряжённого состояния замкового соединения представляет значительный интерес исследование характеристик жёсткости камеры вулканизатора. Сложность решения этих задач объясняется отсутствием методов расчёта на црочность и жёсткость короткой цилиндрической оболочки, усиленной на одном торце дискретным числом зубьев.

Настоящая работа и посвящена исследованию напряжённого и деформированного состояния элементов замкового соединения вулка низатора типа ЕПМ под действием локальных нагрузок.

Научная новизна

Предложен алгоритм расчёта камеры вулканизатора типа БПМ, как короткой тонкой упругой цилиндрической оболочки, усиленной на одном торце дискретным числом зубьев жёсткости.

Методами асимптотического интегрирования исследовано наряжённое состояние камеры вулканизатора для случая малой и большой изменяемости напряжённого состояния, то есть для случая малого (4+6) и большого (10-120) числа зубьев.

Предложенный алгоритм позволил выявить уровень концентрации напряжений вблизи зубьев и установить существенное влияние жёсткости зубьев на напряжённое состояние в месте примыкания зуба к оболочке.

Методика экспериментального определения нацряжённого состояния вулканизатора на стальной модели.

Практическая ценность и реализация результатов

Практическое приложение результатов работы состоит в разработке метода расчёта камеры вулканизатора на прочность и жёсткость; в исследовании напряжённо-деформированного состояния камеры вулканизатора в зависимости от числа и размера зубьев; в разработке метода экспериментальных исследований напряжённого состояния вулканизатора.

Результаты экспериментов обнаружили вполне удовлетворительное согласие с теоретическим расчётом величин напряжений, что свидетельствует о цравильности выбора расчётной схемы камеры вулканизатора и разработанной методики расчёта.

Основные результаты диссертации внедрены во ВНИИРТмаше при цроектировании серийно-выпускаемого заводами полимерного машиностроения вулканизатора ВПМ-2-200. Экономический эффект составил

650 тысяч рублей.

Основные результаты диссертации внедрены также цри определении безопасных ресурсов эксплуатации автоклавов для барогидро-термической обработки грубых кормов. Экономический эффект от внедрения результатов диссертации Госкомсельхозтехникой Киргизской ССР составил 78,5 тысяч рублей.

На защиту выносится

1. Методика расчёта на црочность и жёсткость камеры вулканизатора при различном числе зубьев.

2. Методика экспериментального исследования полей напряжений в камере вулканизатора.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены на заседании секции "Прочность и долговечность химического оборудования" научно-технического совета ЛенШИхиммаша.

Публикации

Основные результаты работы опубликованы в статьях [22,32,

48] .

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложен алгоритм расчёта камеры вулканизатора, как короткой тонкой цилиндрической оболочки, усиленной на одном торце дискретным числом рёбер жёсткости.

2. Методами асимптотического интегрирования исследовано напряжённое и деформированное состояние камеры вулканизатора для случая малого (4*6) и большого (10*20) числа зубьев.

3. Из условий совместности деформации ребра и оболочки получена система интегро-дифференциальных уравнений и проведено их решение с помощью полиномов Чебышева.

4. Предложенный алгоритм позволил выявить уровень концентрации напряжений вблизи ребер и установить существенное влияние жёсткости зубьев на напряжённое состояние оболочки.

5. Анализ результатов расчёта прочности и жёсткости различных вариантов камеры вулканизатора показал, что положение наиболее напряжённого сечения зависит от размеров оболочки и зубьев. Установлено, что при малом числе зубьев жёсткость камеры примерно на 20$ выше, чем без зубьев. По мере увеличения числа зубьев влияние их на жёсткость камеры уменьшается. Установлено, что увеличение числа зубьев приводит к снижению концентрации напряжений.

6. Разработана методика й проведены экспериментальные исследования напряжённого состояния камеры вулканизатора на модели, изготовленной в масштабе 1:4.

7. Сравнение результатов теоретических расчётов с экспериментальными данными обнаружило вполне удовлетворительное согласие.

1. Абовский Н.П. Вариационные уравнения для многоконтактных задач теории пологих оболочек,в том числе ребристых. - В кн.: Труды УП Всесоюзной конференции по теории оболочек и пластин, Днепропетровск, 1969, М., Наука, 1970. с. 7-5

2. Абовский Н.П., Азархин A.M. и др. Пластины и оболочки, подкреплённые рёбрами произвольного направления.м- Там же.сio-lz

3. Абовский Н.П. О вариационных уравнениях для гибких ребристых и других конструктивно анизотропных пологих оболочек. В кн.: Теория пластин и оболочек, М., Наука, 1971. C.io-dL

4. Амбарцумян С.А. Общая теория анизотропных оболочек. М., Наука, 1974.- Цць с.

5. Амиро И.Я., Заруцкий В.А., Поляков П.С. Ребристые цилиндрические оболочки. Киев, Наукова думка, 1973.

6. Балабух Л.И., Шаповалов Л.А. Исследование температурных напряжений в цилиндрической оболочке, подкреплённой рёбрами.

7. В кн.: Расчёты на прочность, № 12. М., Машиностроение, 1966.oil-6

8. Власов В.З. Тонкостенные пространственные системы. М., Госстройиздат, 1958. - 501 с.

9. Власов В.З. Общая теория оболочек и её приложение в технике. М., Гостехтеориздат, 1949. е,

10. Гребень Е.С. Основные соотношения технической теории ребристых оболочек. Изв.АН СССР, Механика, 1965, № 3. ejM-iZO

11. Гребень Е.С. Основные уравнения теории ребристых пологих оболочек и пластин. В кн.: Расчёт пространственных конструкций, 1965, № 10. С,

12. Гребень Е.С. О деформациях и равновесии подкреплённых рёбрами тонких оболочек. Изв.АН СССР, Механика твёрдого тела, 1969, В 5. с.

13. Гребень Е.С. Вопросы общей теории ребристых оболочек. -Труды Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта, 1967, № 249. с. 131-1чо

14. Гребень Е.С. Вопросы интегрирования уравнений теории ребристых оболочек. Труды Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта, 1967, № 267. с. чь-въ

15. Григолюк Э.И., Толкачёв В.М. О передаче усилий от рёбер жёсткости к цилиндрической оболочке. В кн.: Проблемы гидродинамики и механики сплошной среды, М., Наука, 1969. е. dn-iSJ.

16. Григолюк Э.И., Толкачёв В.М. Равновесие цилиндрических оболочек, нагруженных по линиям. В кн.: Исследование по теории пластин и оболочек, вып.6-7, Казань, 1970. с. Ъо^-311.

17. Григолюк Э.И., Толкачёв В.М. Контактные задачи теории пластин и оболочек. М., Машиностроение, 1980. -510*.

18. Гольденвейзер А.Л. Теория упругих тонких оболочек. М., Наука, 1976. - ьчо с.

19. Даревский В.М. К воцросу о действии на цилиндрическую оболочку сосредоточенной нагрузки. Доклады АН СССР, 1950, т.75, № I. с 7-dO.

20. Жилин П.А. Линейная теория ребристых оболочек. Изв.АН СССР. Механика твёрдого тела, 1970, № 4. c,fG~»-lfg

21. Жилин П.А. Общая теория ребристых оболочек. В кн.: Прочность гидротурбин. Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский котлотурбинный институт. Труды, 1968, вып.88. £, ЬЬ-}о

22. Жилин П.А., Кизима Г.А. Оболочки нулевой гауссовой кривизны с меридиональными рёбрами. Инженерный журнал. Механика твёрдого тела, 1967, № 3. с. ioz-ios:

23. Заруцкий В.А. Уравнения равновесия ребристых оболочек и их Приближённое решение. Прикладная механика, 1961, т.7, № 5.

24. Заруцкий В.А. Равновесие ребристых цилиндрических оболочек. Прикладная механика, 1965, вып.1, № II. е. ZS-38

25. Заруцкий В.А. Уравнения равновесия ребристых цилиндрических оболочек. В кн.: Труды П Всесоюзной конференции по теории пластин и оболочек, Киев, 1962. t W--1Z

26. Заруцкий В.А. К расчёту подкреплённых оболочек. Инженерный журнал, 1965, т.5, Ш 5. с. ЯЭУ-Зоб.

27. Заруцкий В.А. К расчёту ребристых цилиндрических оболочек, подверженных действию произвольных нагрузок. Прикладная механика, 1966, т.2, № 4. t.4?-zs.

28. Канторович А.В., Крылов В.И. Методы приближённого решения уравнений в частных производных. Л., ОНТИ, 1936.-£18с.

29. Кизима Г.А. Исследование напряжённого состояния ребристых оболочек нулевой гауссовой кривизны. В кн.: Теория пластин и оболочек. Труды 1У Всесоюзной конференции по теории пластин и оболочек. Б^еван, 1962, Изд. АН Арм.ССР, 1964. 57^

30. Когаев В.П. Расчёт на прочность при напряжениях, переменных во времени. М., Машиностроение, 1977. ~ 1Ъг с.

31. Коренев Б.Г. Введение в теорию бесселевых функций. М., Наука, 1971. - 2 S7е.

32. Лурье А.И. Статика тонкостенных упругих оболочек. М., Гостехиздат, 1947. t

33. Люстерник Л. А., Червоненкис О.А., Ямпольский А.Р. Математический анализ. М., Физматгиз, 1963.'IЧЧ t,

34. Маневич Л.И., Павленко А.В. Асимптотический анализ уравнений теории эксцентрично подкреплённых цилиндрических оболочек. В кн.: Теория пластин и оболочек, М., Наука, 1971.^

35. Михайловский Е.И. О прямой и обратной задачах линейной теории оболочек с подкреплённым краем. В кн.: Механика деформируемых тел и конструкций, М., Наука, 1975. с zei-зоъ

36. Моссаковский В.И., Гудрамович B.C., Макеев Е.М. Контактные задачи теории оболочек и стержней. М., Машиностроение, 1978. -IHbt.

37. Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. Л., Судпромгиз,1951. ЪчЧс.

38. Новожилов В.В. Краткий очерк развития теории оболочек в СССР. В кн.: Исследование по теории пластин и оболочек, вып.У1-УП, Казанский университет, 1970. с. Ъ-1%

39. Одиноков Ю.Г. Расчёт тонкостенных конструкций типа крыла, фюзеляжа и оперения самолётов. Труды Казанского авиационного института, 1946, № 18. е. 3S~do6

40. Одиноков Ю.Г. Расчёт однородной цилиндрической тонкостенной конструкции кругового сечения. Труды Казанского авиационного института, 1958, № 38. е. 55-53

41. Прокопов В.К. Скелетный метод расчёта оребрённой цилиндрической оболочки. В кн.: Труды Ленинградского политехнического института, Физико-математические науки, 1957, №

42. Павилайнен В.Я. К расчёту пологих оболочек, подкреплённых рёбрами. В кн.: Исследование по упругости и пластичности, №7, Л., Ленинградский ун-т, 1968. с.п-ъъ

43. Результаты тензометрических испытаний вулканизатора покрышек многопозиционного ВПМ-2-100: Отчёт/ ВНИИРТмаш, тема 40-67. Тамбов, 1972.

44. Рябов В.М. Применение метода последовательных цриближений при расчёте ребристых оболочек. Изв. АН СССР, Механика и машиностроение, 1963, В 6. с iso-iW

45. Степанов Р.Д. Об изгибе прямоугольной пластинки, усиленной параллельными рёбрами и упругими опорами. Инженерный сборник АН СССР, 1950, Т.УШ. t.io6-i20.

46. Степанов Р.Д., Цурков И.С. Расчёт цилиндрической оболочки, подкреплённой кольцом. Инженерный сборник АН СССР, 1952, т.7. с

47. Суетин П.К. Классические ортогональные многочлены. М., Наука, 1979. с. Ч1Ь.

48. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. -М., Физматгиз, 1963.- 6 35с

49. Тимошенко С.П. Прочность и колебания элементов конструкций. М., Физматгиз, 1975. - W с.

50. Толкачёв В.М. Передача нагрузки от стрингера конечной длины к бесконечной и полубесконечной пластине. Доклады АН СССР, 1964, т.154, № 4. с.№ь-&0&

51. Шаринов И.Л. Действие на цилиндрическую оболочку сосредоточенной нагрузки, приложенной к свободному краю. Инженерный журнал. Механика твёрдого тела, 1967, J£ 3. г -/W- У/з'

52. Шаринов И.Л. О действии на цилиндрическую оболочку краевой сосредоточенной нагрузки. Инженерный я^урнал. Механика твёрдого тела, 1968, №4.с loi-iob.

53. Шатаев В.Г. Приближённый расчёт цилиндрических тонкостенных балок в области приложения значительных сосредоточенных сил.- Труды Казанского авиационного института, 1966, вып.66. с.57-42.

54. Швецов А.В., Анисимов А.Д. и др. Базовые детали машин. -I., Машиностроение, 1967.^ Iбос.

55. Шиманский Ю.А. Строительная механика подводных лодок. Л., Судпромгиз, 19482.Ъо с.

56. Штаерман И.Я. О применении метода асимптотического интегрирования к расчёту уцрутих оболочек. Изв. Киевского политехнического и сельскохозяйственного институтов, 1924,т.19, кн.1, вып.2. Z.T-5-33

57. Benscoter S.U. Analysis of a single stiffener on an infinitesheet.- Journal of Applied Mechanics, 1947,vol. 16,Ь.

58. Blumental О. Uber asymptotische Integration linearl) Differen-tialgleichugen mit Anwendung auf eine asimptotiche Teorie der Kugelschalen.- Archiv Die Mathematik und Phisik,l912,192

59. Bull E.L. On the distribution of plarc strees in a semi-infi-nit plat with partially stiffened edge,-Journal of Mathematics a and Physics,1948, vol,26,n#4. ~1ЪЪ.

60. Pihcher P.Y. Stress diffusion from axially loaded atii'thers infco into cilindrical shells.- International Journal Solid Structures,1968, 4. p

61. Koiter W.T. On the diffusion of load from stiffener into a sheet.- The of Quarterly Journal of Mechanics and Applied Mathematies,1955,vol.8,part.2.p

62. Melan E. Ein Beitrag zur Theorie Geschweisster Verbin-dungen.- Ingenieur a Archiv,1932, Bd.3,Heft2. I Alb-1131. СПРАВКАо внедрении в промышленность многопозиционного вулканизатора покрышек ВПМ-2-200.

63. Многопозиционный вулканизатор покрышек серии ВПМ с байон'етным-imkom запирания прессформ спроектирован во Всесоюзном научно-иссле-шательском институте резинотехнического машиностроения г.Тамбова.

64. Экономический эффект от внедрения вулканизатора ВПМ 2-200 )ставляет 650 тыс. руб. в год.

65. Опытно-промышленная автоматизированная линия для'формования и вулканизации покрышек легковых автомобилей с посадочным диаметром.14'"-16й производительностью 350 тыс .шт. в, год." (ВПМ2-160) ,

66. Годовой экономический эффект ' 668,6 тыс.руб.j

67. Начальник' планово-экономического отдела Союзполимермаша1. ГО"1. Щ^^ректб^ВШИРТмаша1. Л л4 * '1. V * /-V*-я 16-Й, 5 8.