Введение к работе
Актуальность темы. Постоянно возрастающие объемы строительных работ вызывают необходимость разработки новых и совершенствования существующих средств механизации. Одним из перспективных направлений развития строительной промышленности стало использование вибрационных технологий транспортирования и уплотнения строительных'материалов. При этом используются различные вибрационные машины, которые работают в условиях повышенной'влажности, электро- и взрывоопасных средах. В ИГД СО АН СССР продолгкаются работы по созданию пневматических мембранных вибровозбудителей для привода рабочих органов указанных машин. Опыт промышленной эксплуатации и испытаний в лабораторных условиях мембранных вибровозбудителей показал в некоторых случаях низкую долговечность их эластичных.элементов. Поэтому наиболее актуальным направлением дальнейшего совершенствования конструкций указанных машин и повышения их технико-экономических показателей является решение задач, связанных с прогнозированием и повышением долговечности их эластичных элементов на стадии проектирования и испытания.
Цель работы состоит в разработке методов прогнозирования долговечности эластичных элементов пневматических мембранных виброударных машин (ШВУМ) на стадии проектирования и испытания.
Кдея работы. Прогноз долговечности эластичных элементов на основе эффекта их дкссипативного разогрева при заданных конструктив-ных'и динамических параметрах.
Задачи исследований:
разработка методики и проведение экспериментальных исследований эластичных элементов пневматических мембранных вибровозбудителей с целью определения взаимосвязей температуры эластичных элементов и параметров, характеризующих- нагружение М13УМ;
разработка методов прогноза долговечности эластичных элементов на стадии проектирования и испытания МПВУМ;
реализация полученных результатов з практику проектирования МПВУМ.
Методы исследования. Анализ литературных источников по методам расчета долговечности и испытаний резиновых элементов конструкций (РЗК) машин; анализ причин отказов МПЗУМ на примере вибровозбудите-
лей; экспериментальные исследования долговечности эластичных элементов и динамики ШВУМ с использованием современных методов и средств измерения в натурных условиях с обработкой результатов на персональном компьютере; математическое моделирование динамики ШВУМ с учетом жесткости эластичных элементоз с применением теории подобия и реализацией модели на ЭВМ СМ-4; научное обобщение и анализ экспериментальных данных.
Научные положения.
1. Допустимые нагрузки, при которых наблюдается стабилизация
температуры эластичных элементов, имеют место при следующих парамет
рах:
относительной деформации упругого ограничителя не более 10%;
ускорении ударника, приходящемся на единицу длины окружности мембрана с жестким центром не более 0340 м/с2/м;
скорости встречи патрубка с клапанной мембраной на единицу площади их контакта не более 30 м/с х кг/м2.
-
Долговечную работу ШТВУМ следует ожидать при стабилизации температура диссипативного разогрева в первые 10 минут работы; причем при стабилизации температуры на .уровне не выше 347 К - долговечность не менее 8,8 х 10 циклов, при стабилизации температуры не выше 324 К - не менее 25 х 10 циклов, при стабилизации температуры не выше 315 К - не менее 29 х 10 циклов.
-
С увеличением массы корпуса вместе с присоединенной нагрузкой увеличивается деформация упругого ограничителя и параметры характеризующие нагружение мембраны с жестким центром и мембраны, опирающейся на патрубок, что повышает диссипативный разогрев и снижает долговечность эластичных элементов МПВУ1!.
-
При кратковременной работе МПЕУМ с нагрузками на эластичные элементы выше допустимых, перерывы продолжительностью не менее 25 минут увеличивают долговечность машины, вследствие полного остывания эластичных элементов до температуры окружающей среди.
Научная новизна работы. Проведен качественный анализ и разработана классификация причин отказов ШВУМ (на примере пневматических вибровозбудителей "Напор").
Разработан стенд и экспериментально выявлены поля наиболее интенсивного саморазогрева эластичных элементов натурных образцов виб-ровоэбудителей* соответствующие очагам их вероятного разрушения.
Определены условия, при которых температура эластичных элементов стабилизируется на допустимом уровне, предотвращающей их терш-
механическое разрушение во время работы.
Получена зависимость долговечности эластичных элементов от их температуры стабилизации во время работы.-
Исследована математическая модель динамики МПВУМ с учетом жесткости эластичных элементов.
Разработаны методы прогноза долговечности МПВУМ на основе эффекта диссипативного разогрева эластичных элементов й" расчета динамических параметров машины на стадии проектирования и испытания.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендация подтверждается корректным использованием известных положений механики резины, достаточным объемом экспериментальных исследований в натурных условиях, удовлетворительной сходимостью результатов расчетов на модели с данными экспериментов.
Личный вклад автора состоит: в анализе причин отказов пневматических мембранных вибровозбудителей и разработке метода исследования их долговечности; проведении экспериментальных исследований и анализе их результатов; разработке математической модели динамики МПВУМ с учетом жесткости их эластичных элементов; разработке методов прогноза долговечности эластичных элементов на стадии проектирования и испытания МПВУМ.
Практическая ценность работы заключается в разработке методов прогнозирования долговечности эластичных элементов МПВУМ, позволяющих предсказывать долговечность при заданных конструктивных и динамических параметрах машины; в создании на этой основе вибровозбудителей для передвижной бетоносмесительной установки СБ-І40А (шифр чертежей СБ-І40А.04.04.300) и вибровозбудителей общего назначения (ДОІ 956 - ДО 961).
Реализация работы в. промышленности.
Вибровозбудители для бетоносмесительной установки СБ-І40А выпускаются серийно на Новосибирском заводе строительных машин. На каждой машине установлено пять вибровоэбудителей. Годовой выпуск СБ-І40А составляет 250 штук.
На Бердском экспериментальном заводе СО АН СССР серийно выпускаются вибровозбудители общего назначения, в 1991 году изготовлено 300 штук.
Апробация работа. Основное содержание работы и ее отдельные результаты докладывались и были одобрены на Втором всесоюзном семинаре Торные и строительные вибрационные машины л процесс!;" (Новосибирск,
1988 г.), на специализированном научном семинаре кафедры "Теоретическая механика и сопротивление материалов" НЭТИ (Новосибирск, 1988 г.), :а региональном семинаре молодых ученых в ИГД СО АН СССР (Новосибирск, 1989 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликована статья, получены два авторских свидетельства и два положительных решения о выдаче авторского свидетельства.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, представлена на 135 страницах машинописного текста, включает 94 рисунка, 10 таблиц, список литературы 63 наимено ваний, 4 приложений.