Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор и критический анализ конструктивно - технологических решений композитных и комбинированных торовых сосудов, изготавливаемых намоткой для дыхательных аппаратов 10
1.1.Цилиндрические сосуды высокого давления, применяемые в дыхательных аппаратах со сжатым воздухом 10
1.2. Анализ теоретических и экспериментальных исследований по композитным и комбинированным конструкциям сосудов высокого давления для дыхательных аппаратов 14
1.3.Конструктивно-технологические решения композитных и металлокомпозитных сосудов для дыхательных аппаратов, изготавливаемых методом намотки 33
1.4.Торовые сосуды высокого давления для дыхательных аппаратов 37
1.4.1. Перспективы применения STRONG торовых сосудов высокого давления для дыхательных аппаратов 37
1.4.2. Анализ теоретических и экспериментальных исследований по торовым конструкциями из композитных материалов 39
1.4.3. Особенности изготовления комбинированных торовых сосудов высокого давления 46
1.4.4. Особенности проектирования, изготовления кольцевых шпангоутов, выполненных орбитальной намоткой 51
1.4.5. Принципы проектирования, изготовления композитных торовых сосудов для дыхательных аппаратов 56
1.5.Потенциальные возможности проектирования и изготовления композитных торовых сосудов с продольно-поперечной схемой армирования 57
1.6.Цель работы и подстановка задач исследования 61
ГЛАВА 2. Исследование напряженно-деформированного состояния торовых оболочек, получаемых совместной намоткой продольных и поперечных слоев с учетом ширины наматываемой ленты ...63
2.1 .Геометрия, система координат, уравнения равновесия и усилия для силовой торовой оболочки из композиционных материалов 63
2.2.Математическая модель напряженно-деформированного состояния торовой оболочки с ПП схемой армирования 65
2.2.1. Напряжения в торовой оболочке с ПП схемой армирования без учета влияния продольного слоя на поперечный слой 65
2.2.2. Влияние продольного слоя на напряженное состояние поперечного слоя композитной торовой оболочки 68
2.2.3. Исследование напряженно-деформированного состояния продольного слоя с учетом укладываемой ширины ленты 72
2.3.Выбор ширины наматываемой ленты, укладываемой в продольном направлении 76
2.4.Анализ результатов предварительно проведенных испытаний теклопластиковых торовых баллонов с ПП схемой армирования 78
2.5.Выводы по главе 81
ГЛАВА 3. Методика расчета конструктивно-технологических параметров композитных торовых оболочек с пп схемой армирования, получаемые раздельной намоткой слоев 82
3.1 .Разработка способа раздельной намотки изготовления композитных торовых оболочек с ПП схемой армирования 82
3.2. Разработка методики расчета конструктивно-технологических параметров композитных торовых оболочек с ПП схемой армирования, получаемые раздельной намоткой слоев 85
3.3.Порядок расчета конструктивно-технологических параметров композитных торовых оболочек, получаемых раздельной намоткой продольных и поперечных слоев 90
3.4.Выводы главы 92
ГЛАВА 4. Проектирование конструкции и технологии изготовления стеклопластиковых торовых сосудов с раздельной намоткой 93
4.1 . Проектирование конструкции и параметров стеклопластиковых торовых сосудов, изготавливаемых раздельных намоткой продольных поперечных слоев 93
4.2.Разработка технологии изготовления элементов продольного слоя 107
4.2.1. Многоразовые оправки для намотки элементов продольного слоя 107
4.2.2. Намотка элементов продольного слоя 107
4.2.3. Полимеризация и сборка элементов продольного слоя 110
4.3.Разработка технологии изготовления поперечного слоя 111
4.3.1. Намотка элементов поперечного слоя 111
4.3.2. Способ заделки штуцера, окончательная термообработка намоточного сосуда 117
4.4.Разработка общая схема процесса изготовления стеклопластикового торовых сосудов с раздельной намоткой 117
4.5.Выводы главы 120
ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования стеклопластиковых торовых сосудов изготовленных раздельной намоткой продольных и поперечных слоев 121
5.2.Изготовления препрега для намотки стеклопластикового торового сосуда 121
5.3.Изготовления стеклопластиковых торовых сосудов 124
5.4.Испытания изготовленных стеклопластиковых торовых сосудов 128
5.4.1. Испытание торового сосуда ТС-1 128
5.4.2. Испытание торового сосуда ТС-2 130
5.4.3. Испытание торового сосуда ТС-3 132
5.5.Рекомендации по реализации результатов исследования 136
Выводы по работе: 138
Список литературы 140
Приложение 150
- Анализ теоретических и экспериментальных исследований по композитным и комбинированным конструкциям сосудов высокого давления для дыхательных аппаратов
- Напряжения в торовой оболочке с ПП схемой армирования без учета влияния продольного слоя на поперечный слой
- Разработка методики расчета конструктивно-технологических параметров композитных торовых оболочек с ПП схемой армирования, получаемые раздельной намоткой слоев
- Проектирование конструкции и параметров стеклопластиковых торовых сосудов, изготавливаемых раздельных намоткой продольных поперечных слоев
Введение к работе
Актуальность проблемы. Актуальной задачей современного машиностроения, обеспечивающей высокий экономический эффект, продолжает оставаться создание легких, герметичных, работающих при высоких давлениях и не очень дорогих в изготовлении сферических, цилиндрических или торо-вых сосудов различного назначения.
Композитные и металлокомпозитные торовые сосудов для дыхательных аппаратов относятся к новым перспективным сосудами высокого давления. Они удачно компонуются в дыхательных аппаратах всех типов, обладают хорошими массовыми характеристиками, имеют большие возможности для дальнейшего совершенствования и организации серийного производства.
Хотя замена цилиндрических сосудов на равновеликие композитные или металлокомпозитные торовые сосуды дает значительные эргономические преимущества и выгоды, а также снижение веса аппарата, однако для зарубежных и российских производителей в настоящее время остаются еще не решенными задачи проектирования и разработки технологии комбинированной намотки композитных торовых сосудов с требуемыми параметрами. Поэтому инновационный потенциал технологии намотки композитных торовых сосудов повышается в связи с перспективностью их использования для дыхательных аппаратов.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является создание технологичных, легких и недорогих композитных торовых сосудов, изготавливаемых в условиях серийного производства.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие основные задачи.
1. Разработана математическая модель напряжено-деформированного состояния композитной торовой оболочки с продольно-поперечной (ПП) схемой армирования с учетом ширины наматываемой ленты.
Методом тензометрирования исследованы относительные деформации торовых оболочек с ПП схемой армирования, нагруженных внутренним давлением.
Разработана методика расчета конструктивно-технологических параметров композитных торовых оболочек, получаемых раздельной намоткой продольных и поперечных слоев.
Разработана конструкция и технология изготовления стеклопласти-ковых торовых сосудов с ПП схемой армирования для серийного производства.
Экспериментально исследована работоспособность силовой торовой оболочки с ПП схемой армирования внутренним давлением.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработана математическая модель напряжено-деформированного состояния композитной торовой оболочки с ПП схемой армирования с учетом ширины наматываемой ленты.
установлено влияние продольного слоя на напряженное состояние поперечного слоя композитной торовой оболочки, нагруженной внутренним давлением.
получены аналитические зависимости, определяющие среднее реализуемое напряжение в продольном слое при учете влияния ширины укладываемой ленты.
разработана методика расчета конструктивно-технологических параметров композитных торовых оболочек с ПП схемой армирования, получаемые раздельной намоткой слоев.
На защиту выносятся:
- математическая модель напряжено-деформированного состояния
композитной торовой оболочки с ПП схемой армирования с учетом ширины
наматываемой ленты.
- разработанная конструкция и методика расчета конструктивно-
технологических параметров композитных торовых оболочек с ПП схемой
армирования.
- анализ результатов испытаний модельных композитных торовых со
судов внутренним давлением.
Методы исследования. Для получения основных зависимостей, определяющих конструктивно-технологические параметры торовых оболочек с продольно-поперечной схемой армирования, был использован метод «сетчатого анализа». Экспериментальные исследования прочностных и деформа-тивных характеристик торовых сосудов давления, изготовленных методом намотки из композитных материалов, осуществлялись с помощью тензомет-рирования.
Практическая ценность: Разработана технология изготовления композитных оболочек тровых сосудов методом раздельной намотки позволила:
исключение применения одноразовых песчано-полимерных оправок, обеспечивших сокращения цикла намотки с 11 часов до 2 часа.
снизить общую трудоемкость изготовления с 44 часа до 15,6 часов.
обеспечить изготовления композитных тровых сосудов в условиях серийного производства.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на XXX академических чтениях по космонавтике (Москва, 2006г), XXXI академических чтениях по космонавтике (Москва, 2007г) и на кафедре «Технология ракетно-космического машиностроения» СМ-12 (2007г).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано пять печатных работы.
Структура диссертации. Диссертация состоит из пяти глав, выводов и списка литературы из 97 наименований. Основная часть работы составляет 166 страниц машинописного текста и содержит 88 рисунков и 15 таблиц.
В первой главе посвящена обзору и критическому анализу конструктивно-технологических решений композитных и комбинированных сосудов в том числе и торовых, изготавливаемых намоткой. Проведенный анализ позволил обосновать цель и задачи исследований в данной работе.
Вторая глава содержит исследование напряженно-деформированного состояния торовых оболочек с продольно-поперечной схемой армирования с учетом ширины наматываемой ленты.
В третьей главе разработана методика расчета конструктивно-технологических параметров композитных торовых оболочек с ПП схемой армирования, получаемые раздельной намоткой слоев и с учетом ширины наматываемой ленты.
Четвертая глава посвящена проектированию конструкции и технологии изготовления стеклопластиковых торовых сосудов с ПП схемой армирования для условий серийного производства.
В пятой главе содержатся экспериментальные исследования модельных стеклопластиковых торовых сосудов изготовленных раздельной намоткой продольных и поперечных слоев. Сформулированы рекомендации для производства композитных торовых сосудов.
Анализ теоретических и экспериментальных исследований по композитным и комбинированным конструкциям сосудов высокого давления для дыхательных аппаратов
Композитный материал (КМ) или композит представляет собой материал, имеющий регулярную структуру и состоящий из двух или более разнородных и нерастворимых друг в друге компонентов, соединенных между собой за счет сил поверхностного сцепления. Одним из компонентов является матрица или связующее, другим - арматура или наполнитель в форме волокон, нитей, тканей, порошок и др.
Для изготовления силовых оболочек баллонов высокого давления используют однонаправленные композиционные материалы (ОКМ), которые имеют высокую прочность при растяжении.
Наиболее освоенную и отработанную группу конструкционного назначения [16, 64, 67] составляют стеклопластики. Они имеют стабильные свойства, высокую прочность при растяжении и сравнительно малую стоимость [78]. Однако, их потенциальные возможности к настоящему времени практически исчерпаны [19] к тому же значительная плотность и невысокий модуль упругости делают их неконкурентноспособными по сравнению с другими группами композитных материалов, применяемых в производстве изделий современного машиностроения.
В 70-х годах появились высокопрочные композитные материалы на основе арамидных волокон типа СВМ, "Терлон", "Армос" (Россия), полибен-замидное "Кевлар-49" (США) и др [16, 72]. Низкая плотность и высокая прочность волокон и, следовательно, органопластиков позволили создать на их основе конструкции сосудов давления, обладающих наибольшими (W=300...360 кДж/кг) параметрами конструктивного совершенства [52]. К недостаткам органопластиков следует отнести их сравнительно высокую стоимость.
Относительно дорогую [80, 82], но перспективную группу КМ составляют углепластики на основе высокопрочных углеродных волокон типа ЛУ-3, ВМН-5, УКН-5000, Т-500 и др [49, 50, 71].
Углепластики, имея невысокие относительные деформации (єр:іі =0,6... 1,1%), хорошо сочетаются с металлами и, следовательно, могут быть использованы для создания сосуды давления и трубопроводов [5, 50, 63, 71]. Кроме того, углеродные волокон совместно с органическими и стеклянными позволяют получить гибридные КМ [53, 71, 80], обладающие более широким диапазоном заданных свойств. Проблемой остается выпуск намоточных уг-лепрепрегов на существующих установках шахного типа из-за ломки и повреждения хрупких углеродных волокон на вращающихся роликах установок [70].
В таблице 2 представлены механические характеристики современных и перспективных композиционных материалов, предназначенных для изготовления высоконагруженных баллонов давления, трубопроводов и других ответственных элементов конструкций летательных аппаратов.
Сохранение композитными баллонами высокого давления герметичности при нагрузках, близких к предельным, является одним из важнейших условий работоспособности данного типа изделия.
Проникновение газа через композитный материал стенки оболочки возрастает с увеличением нагрузки, особенно под воздействием растягивающих усилий, так как с увеличением относительных удлинений открываются или увеличиваются в размерах поры и микротрещины, имеющиеся практически во всех изделиях, получаемых намоткой. При этом из-за микротрещин в связующем разгерметизация оболочек из полимерно-волокнистых композитов происходит задолго до достижения ими своих предельных разрушающих напряжений. В целях борьбы с подобными явлениями в баллонах давления, предназначенных для хранения сжатых газов, применяют различные дополнительные средства герметизации: внутренние барьерные слои из резины, металла или полимера.
Наиболее перспективными материалами, с этой течки зрения, являются металлы. В литературе имеется немало сообщений [59] об успешном применении внутренних герметизирующих оболочек из металла, на наружную поверхность которых наматывался композиционный материал. Комбинация металла с высокомодульными композиционными материалами типа углепластика применялась в сосудах высокого давления с наибольшим успехом; так как близкие по значению модули упругости для этих материалов обеспечивали совместность их работы вплоть до разрушения. Такие оболочки отличаются высокой герметичностью, способностью противостоять длительным и циклическим нагрузкам и надежностью в работе. Основной недостаток металлических герметизирующих слоев состоит в том, что, имея удельную прочность, значительно меньшую, чем применяемые и комбинации с ними композиционные материалы, они позволяют получать оболочки более тяжелые по сравнению с оболочками, изготовленными из чистых композиционных материалов. Кроме того, к недостаткам металлических герметизирующих следует отнести их сравнительно высокую стоимость из сложного процесса изготовления [68].
Другой перспективный для герметизации композитных сосудов материал - полимер. Работоспособность полимерных герметизирующих оболочек проверялась на модельных сосудах давления сферической формы [42] (рис. 1.2). Для этих экспериментальных исследований были выбраны пленки из полиэтилентерефталата (лавсана) и полиимида, покрытого с двух сторон тонким слоем фторопласта. Эти полимерные пленки были выбраны потому, что они, во-первых, обладают довольно высокой жесткостью, а во-вторых, обеспечивают возможность эксплуатации изделия даже при криогенных температурах.
При достаточно высокой прочности и хорошей герметичности оболочка из лавсана обладала существенным недостатком: максимальное значение ее предельной относительной деформации не превышало 1%, что не обеспечивало её совместную работу со стекло- или органо-пластиковой оболочкой вплоть до разрушения. Экспериментальные исследования по использованию в качестве наматываемого материала однонаправленного углепластика показали целесообразность применения углепластика в комбинации с герметизирующей оболочкой из лавсана [68].
Напряжения в торовой оболочке с ПП схемой армирования без учета влияния продольного слоя на поперечный слой
С другой стороны, расчетные значения относительных деформаций по аналитическим зависимостям (2.31) и (2.33) дают удовлетворительные результаты, отражающие как характер изменения так и степень их отклонение или значения продольных и поперечных деформаций, полученных экспериментальными путем.
Таким образом, экспериментальные значения относительных деформаций (напряжений) и характер разрушения торового баллона показали, что метод определения напряжений в композитной торовой оболочке с продольно-поперечной схемой армирования по выражениям (2.16), (2.18) и (227) является удовлетворительным [47]. 1. Разработана математическая модель напряженно-деформированного состояния торовых оболочек, получаемых одновременной намоткой продольных и поперечных слоев, находящейся под внутренним давлением, с учетом влияния продольного слоя и ширины наматываемой ленты. 2. Определена допустимая ширина наматываемой ленты, укладываемой в продольном направлении на круговую оболочку. 3. Проведено сравнение относительных деформаций, полученных расчетам путем, с экспериментальными данными внутренним давлением. Установлено, что разработанная математическая модель напряженно-деформированного состояния удовлетворительно согласуется с результатами экспериментов.
Технологический процесс изготовления композитных оболочек одновременной продольно - поперечной намоткой с применением одноразовых песча-но--полимерных оправок является весьма трудоемким. Поэтому необходимо провести изменения в конструкции оболочки и технологическом процессе ее изготовления, чтобы получить композитный торовый сосуд, который может быть рекомендован для серийного производства.
Предлагаемая технология изготовления композитной торовой оболочки с ППС армирования включает две разделенные во времени намоточные операции. Сначала открытой намоткой на намоточном станке токарного типа изготавливают элементы внутреннего продольного слоя, а после отверждения связующего и сборки элементов продольного слоя, на него, как на неуда-ляемую оправку, на торонамоточном станке наматывают поперечный слой СО торового баллона. Внутренний продольный слой силовой оболочки состоят из четвертых элементов, разделенных по углам ап, ап: периферийного, внутреннего и двух боковых элементов (см. рис. 3.1). Периферийный и внутренний элементы с небольшим проскальзыванием наматывают на разборные многоразовые металлические оправки. Изготовление боковых элементов выполняют за две операция. Сначала открытой намоткой на намоточном станке токарного типа изготавливают профильную дисковую заготовку, затем она выкладывается в пресс-форму. После отверждения связующего получают элементы продольного слоя. Выполнив сборку продольных элементов оболочкой, на такой продольный слой, как на неудаляемую оправку, на торонамоточном станке СНТ-2А [33] наматывают поперечный слой силовой оболочки. После намотки поперечного слоя штуцер изнутри оболочки вытягивают и окончательно собирают со слоями оболочки. Выполнив окончательную термообработку связующего получают готовый торовый баллон. Новая схема процесса изготовления стеклопластиковых торовых оболочек намоткой представлена на рис. 3.2.
Таким образом, отпадает необходимость в применении одноразовых оправок, существенно сокращает трудоемкость, себестоимость и цикл изготовления композитных торовых оболочек.
Разработка методики расчета конструктивно-технологических параметров композитных торовых оболочек с ПП схемой армирования, получаемые раздельной намоткой слоев Допустимую относительную ширину ленты для намотки периферийного и внутреннего элементов продольного слоя (см. рис. 3.1) выбирают согласно выражению (2.32), полученному в главе 2. При этом лента в процессе намотки будет своей плоскостью укладывается на поверхность оправки. Чтобы получить постоянную толщину бокового элемента продольного слоя 1ъ, толщина профильной заготовки определяют по формуле (см. рис. 3.3): где R - радиус оправки; с - расстояния от оси до вершины оболочки; г - г(а) = с + R п cos а - текущий радиус вращения. Если профильная заготовка бокового элемента наматывается лентами, ширина которых идеально соответствуют толщине профильной заготовки 8(a), то лента в процесс переформовки укладывается к поверхности оправки на ребро под углом nil-а, поэтому эквивалентная ширина ленты для боковых элементов продольного слоя (рис. 3.3) определяется по формуле:
Разработка методики расчета конструктивно-технологических параметров композитных торовых оболочек с ПП схемой армирования, получаемые раздельной намоткой слоев
Исходные из технических требований были выбраны размеры герметизирующей оболочки (см. рис. 4.1) и определен внутренний объема торового баллона по формуле: где R,c = 59 мм; с = 134 мм - расстояние от оси до вершины сосуда. Расчетное давление разрушение баллона определяется как: где кт - коэффициент запаса прочности баллона по давлению разрушения. Для баллонов в дыхательных аппаратах к ,и применяется не менее 2,6 [58]. На этапе экспериментальных исследований в качестве герметизирующей оболочки были выбраны резиновые камеры (см. рис. 4.2), технические характеристики которых представлены в таблице 6. При работе, герметизирующая оболочка торового сосуда деформируется, поэтому ее внутренние радиуса сечения достигается своего значения R =59мм (см. рис. 4.1). При этом толщина герметизирующей оболочки Нч, находится из выражения: где М1С - масса оболочки (резиной камеры); р,е = 1,02 г/см - плотность материала герметизирующей оболочки. Из выражения (4.3) определяется толщина герметизирующей оболочки лейнера пС=2 мм (см. таб.6). В конструкции резиновой камеры 1 штуцер с маленьким диаметром в качестве экспериментального исследования был заменен на новый узел штуцер с большим диаметром. Установка нового узла штуцера на место оригинального штуцера резиновой камеры производилась на клею путем осевого стягивания оболочки камеры с деталями узла штуцера. Конструкция такого узла штуцера торового сосуда представлена на рис. 4.3. В герметизирующей оболочке второго сосуда оригинальный штуцер резиновой камеры был сохранен. При этом заделка штуцера в композитную оболочку существенно изменилась. Конструкция такого узла штуцера баллона представлены на рис. 4.4. Общий вид цангового замка и деталей штуцера показаны на рис. 4.5. Изготовление деталей и сборка узлов штуцера с композитной оболочкой сосуда выполнены в лаборатории кафедры СМ 12. В готовом состоянии три резиновые торовые камеры с новыми узлами штуцером использовались: камера К1: российская камера с заменой нового узла штуцера вместо оригинального штуцера резиновой камеры; камера К2: тайванская камера с дополнительным новым узлом штуцера и сохранением оригинального штуцера резиновой камеры; камера КЗ: российская камера с дополнительным новым узлом штуцера и сохранением оригинального штуцера резиновой камеры. Массы камер Kl, К2 и КЗ с новыми узлами штуцера представлены на таблице 7.
Для сосудов в дыхательных аппаратах выбран коэффициент запаса прочности баллона к .п =2.6 [131], то расчетное давление разрушение баллона: В условиях экспериментального исследования герметизирующая оболочка была выбрана на основе резиновой торовой камеры (камера колеса) двух производители (Российского и Тайванского) см. таб. 6.
При работе сосуда под действием внутреннего давления резиновая камера деформируется. Если считали, что в процессе деформации толщина стенки камеры мало меняется, то внутренний радиус сечения силовой оболочки: Из возможности намотки периферийного и внутреннего элементов продольного слоя без большого проскальзывания выбрали разделенные углы an = аг, =30". Силовая оболочка сосуда наматывалась из однонаправленного стеклопластика с характеристиками: ага = \620 МПа, Е = 55.103МПа, рк = 2.02.10 кгмм , одинаковая относительная разность в длине крайних витков ленты. При этом исходные даны для расчета конструктивно-технологических параметров силовой оболочки сосуда представлены в таблице 8.
Процесс расчета конструктивно-технологических параметров силовой оболочки сосуда выполнен по алгоритму раздела 3.3 с учетом 85% реализации прочности стеклопластика в конструкции торового баллона [1J и помощью прикладной программы Mathcad. Результаты расчета представлены на таблице 9. На основании проведенных расчетов и принятых допущений была разработана структурная схема продольного слоя стеклопластиковой торовой оболочки (рис. 4.6). Схема является основой для проектирования многоразовой технологической оснастки (оправок) и разработки технологии изготовления элементов продольного слоя методом открытой намотки на намоточных станках токарного типа. Результаты расчета конструктивных параметров слоев силовой оболочки, принятые эксплуатационные характеристики сосуда, анализ и выбор резиновой герметизирующей оболочки с злеменгами узла штуцера, все это послужило основой для разработки конструкции и сборочного чертежа композитного торового сосуда для дыхательных аппаратов, представленного на рис. 4.7.
Проектирование конструкции и параметров стеклопластиковых торовых сосудов, изготавливаемых раздельных намоткой продольных поперечных слоев
Вновь разработанная схема маршрутного техпроцесса является параллельно-последовательной и резко сокращает цикла изготовления композитного торового баллона. Действительно за счет выделения операций по изготовлению продольного слоя на намоточном станке токарного типа, примерно вдвое сокращается время намотки только одного поперечного слоя на торо-намоточном станке. Кроме того, элементы продольного слоя можно наматывать "мокрым" способ, сокращает тем самым время на изготовления стекло-препрега.
Наиболее время экономится на исключении из технологического процесса изготовления и удаление одноразовых песчано-полимерных оправок. Длительность изготовления торового баллона по времени или цикла намотки tniiM будет определяется временем выполнения последовательных операцией. Критичным по временем путем является последние при операции (см. рис. 4.18). Однако операция связанная с вытаскиванием штуцера и окончательной его сборкой с силовой оболочкой, является слесарной и может осуществляться вне торонамоточного станка, например, на верстаке. Операция, связанная с окончательной термообработкой баллона в печи, хотя и длительная по времени, но может производиться сразу для нескольких изделий, тем самым резко сокращая цикл термообработки одного баллона. Длительность намотки элементов продольного слоя много меньше времени намотки поперечного слоя. При этом продольные элементы слоя изготавливаются параллельно, а их предварительная термообработка может быть выполнена одновременно. Поэтому самым длительным, критичным временным является намотка поперечного слоя на торонамоточном станке.
Выбрав скорость намотки и линейную плотность ленты и зная Мтт, найдем основное время намотки, с учетом вспомогательного времени, и буем соответствовать циклу изготовления торового баллона по времени (t„„M). Результаты расчета для стеклопластикового торового сосуда объемом 9,2 л, на расчетное давление ЗОМПа, изготавливаемого разработанной схемой изготовления, показали, что общее время цикла намотки t„.„a=2 часа и его общие время изготовления равно 15,6 часа. По сравнению с процессом изготовления стеклопластиковых торовых сосудов спиральной намоткой на одноразовые песчано-полимерные оправки удалось снизит цикл непосредственной намотки на торонамоточном станке примерно в 5,5 разов. В раздельной схеме изготовления баллонов исключаются процесс получения песчано-полимерной оправки, процесс намотки герметизирующей оболочки и процесс удаления оправки, а также очистка внутренней поверхности сосуда. Поэтому общая трудоемкость изготовления торовых баллонов раздельной намоткой сократилась пример на 3 раза.
Таким образом, предложенный нами техпроцесс позволяет сократить цикл изготовления торовых сосудов и может быть рекомендован для изготовления композитных торовых сосудов в условиях серийного производства.
В четвертой главе разработана конструкция стеклопластиковых торовых сосудов и представлена новая схема его технологического процесса изготовления. Вследствие применения многоразовых оправок из технологического процесса, также использования последовательно-параллельной схемы намотки слоев, то цикла изготовления представляемого торового сосуда резко сокращается. Описаны особенности многоразовых металлических оправок для намотки элементов продольного слоя сосуда, особенности изготовления намоточного препрега на установке барабанного типа УСЛ-2Б. Разработаны операции технологического процесса изготовления, способ сборки элементов продольного слоя и операции изготовления намотки поперечного слоя на станке СНТ-2А, особенности полимеризации, расчет параметров технологии при намотке, способ и процесс установки штуцера в стенку СО сосуда.
Под утверждением работоспособность представляемых стеклопластико-вых торовых сосудов и способность их рекомендуемого технологического процесса изготовления выполнились экспериментальные исследования, изготовления стеклопластиковых торовых сосудов с представляемой конструкцией и проведение испытания готовых сосудов на разрушения их внутренним давлением и тензометрированием относительных деформаций. Однонаправленный стеклопластик состоят из волоконных наполнителей и матричного материала.
В качестве наполнителя был выбран нами стеклоровинга РВМН10-1260-80. Его свойства показаны в таблице. 10. В качестве матричного материала использовалось эпоксидное связующее Этал-345 (ТУ 2257-345-18826195-01). Одноупаковочиое эпоксидное связующее Этал-345 представляет собой раствор модифицированной эпоксидной диановой смолы с эпоксидным числом 18-20 и отвердителя - смеси нетоксичных ароматических аминов (Этал - зарегистрированная торговая марка АО «НПЦ ЭПИТАЛ»). В настоящее время эпоксидное связующее Этал-345 предназначено для изготовления высокопрочных стеклопластиковых изделий: баллонов для хранения газа с внутренним давлением, труб и других изделий, получаемых из предварительно пропитанных тканей или из ровинга методом сухой намотки. Параметров технологии, по которым обычно выполняются в лаборатории параметры режим процесса изготовления препрега на станке УСЛ-2Б перенаписаны в таблице 11.
