Содержание к диссертации
1. ВВЕДЕНИЕ . Основные обозначения 6
2. СОСТОЯНИЕ МЕМБРАН И АНАЛИЗ ИХ ОТКАЗОВ 14
2.1. Конструкции я назначение мембран.
2.1.1 Классификация мембран.
2.1.2. Назначение и области применения мембран. 15
2.1.3. Конструкции мембран. 16
2.1.4. Уплотнения мембран до заделке. 20
2.1.5. Требования к мембранам, 22
2.1.5. Классификация отказов резинотканевых мембран. 23
2.2. Резинотканевая композиция - конструкционный материал для мембран. 25
2.2.1. Ткани. 26
2.2.2. Резины. 29
2.2.3. Резинотканевый материал. 30
2.3. Влияние температуры на характеристики резинотканевых материалов и мембран из них, 32
2.4. Характеристики прогиба мембран. 35
2.4.1. Расчет прогиба абсолютно гибких мембран. 35
2.4.2. Модуль Е и коэффициент Пуассона (V) для резин
и резинотканевых материалов, 38
2.4.3. О применимости теории долгих абсолютно гибких оболочек к расчету прогиба резиновых и резинотканевых мембран. 43
2.4.4. Теории мягких и сетчатых оболочек. 45
2.5. Прочность мембран. 49
2.6. ВЫВОДЫ. 3.
2.7. ЗАДАЧИ ИССЗДОВАНИЯ. 53.
3. ОБЪЕКТ, АППАРАТУРА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. 53
3.1, Объект исследования,
З.1.1. Резинотканевые материалы, 53
3.1,2, Характеристики исходных материалов (резины, ткани). 55
3.1.З. Мембраны с гофром. 57
3,1,4, Модельные образцы плоских мембран. 58
3.2. Аппаратура, метода исследования характеристик
мембран. 60
3.2.1. Прибор и методика для определения характеристик прогиба гофрированных мембран в нормальных условиях. 60
3.2.2. Прибор и методика определения характеристик мембран при низких и повышенных температурах. 63
3.2.3. Прибор и методика определения эластичности резинотканевых материалов при низких температурах. 65
3.3. Приборы и методы исследования прочности плоских мембран 67
3.3.1. без жесткого центра 67
3.3.2. с жестким центром без упора 69
3.3.3. с жестким центром с упором 71
3.3.4. Прибор для определения прочности гофрированных мембран с жестким центром, установленным в упор.
3.4, Влияние условий установки на характеристики мембран.
3.4.1, Влияние тренировки на прогиб мембран. 4, 3.4.2. Влияние условий монтажа на характеристики мембран. 76
3,5. Статистическая обработка экспериментальных
данных. 80
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МЕМБРАН.
4.1. Определение оптимальной формы гофра мембран методом планирования эксперимента, 82
4.2. Исследование влияния температуры на характеристики мембран. 90
4.2.1. Исследование эластичности резино-тканевых ма-материалов при низких температурах. 90
4.2.2. Влияние температуры на характеристики мембран. 96
4.2.3. Уплотнения мембран по заделке при низких и повышенных температурах, 104
5, ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ МЕМБРАН. 115
5.1, Прочность плоских мембран без жесткого центра.
8.2. Прочность плоских мембран с жестким центром с упором. 125
5.3, Прочность плоских мембран с жестким центром без упора, 134
5.4. Прочность гофрированных мембран с жестким цент
ром, установленным в упор. 141
6, ОВСЭДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ. 148
6.1. Механизм работы мембран. 148
6.2. Характер разрушения мембран. 152
6.3. Определяющее влияние схемы нагружении на прочность TCJQ мембран.184
6.4. О коэффициенте запаса прочности, 756
6.5. Метод рационального конструирования резинотканевых мембран, и выбора материала для них.
6.6. ВЫВОДЫ 162
ЛИТЕРАТУРА 167
1. Рецепты исследованных резин.
2. Условия применения исследованных резинотканевых материалов.
3. Акты внедрения, 188
4. Расчет технико-экономической эффективности. 198
5. Схема выбора материала мембран. 2
Введение к работе
Резиновые и резинотканевые мембраны нашли широкое применение в различных областях техники в качестве чувствительных элементов приборов и силовых элементов регуляторов. Это связано со специфическими свойствами мембран - малой жесткостью, большими и обратимыми деформациями, работоспособностью в широком интервале температур, высокой прочностью и герметичностью. Такие свойства мембран обусловлены использованием резины в качестве конструкционного материала в области высокоэластической деформации.
Теория высокоэластичности, релаксационный характер высокоэластической деформации Б полимерах разработаны и исследованы в трудах советских ученых А.П.Александрова, Г.М.Бартенева, Б.А.Догад-кина, В.А.Каргина, Ю.С.Лазуркина, Г.А.Патрикеева, Г.Л.Слонимского.
При применении общих закономерностей теории высокоэластичности к конкретным конструкциям резино-технических деталей (РТД) необходимо учитывать условия, в которых работают РТД при различных схемах нагруиения, различных температурных, временных и деформационных режимах натружения.
В связи с этим последние несколько лет интенсивно развивается прикладное направление в исследовании полимеров, изучающее особенности механизма работы различных типов РТД, В работах, проводимых под руководством Г.М.Бартенева, В.Л.Бидермана, Б,М.Горелике, Ю.С.Зуева, Э.Э.Лавендела, В.Н.Потураева принципиально изучены механизм работы, вопросы оценки работоспособности и качества РТД, предложены количественные зависимости рабочих характеристик от эксплуатационных факторов и конструктивных параметров плоских резиновых прокладок, колец круглого сечения, у- образных манжет, рукавов, уплотнений вращающихся валов, клапанов и амортизаторов.
Сравнительно недавно появилось первое и пока единственное исследование параметров работоспособности резиновых мембран, проведенное М.В.Вакориной под руководством Г.М.Бартенева, и В.А.Лепе-•това. Тонкие резино-тканевые мембраны до сих пор практически не исследованы. Между тем, Сохраняя достоинства резиновых мембран, резино-тканевые мембраны обладают значительно более высокой прочностью.
Прочность полимеров и оболочек из них исследована в работах С.А.Алексеева, В.Е.Гуля, С.Н.Журкова, А.И.Лукомской, Г.А.Патрикеева, С.А.Шестерикова и их сотрудников.
ХХУ съезд КПСС установил, что I пятилетка должна быть пятилеткой качества и эффективности. Выполненная работа направлена на решение именно этих вопросов. Разработка механизма работы мембран и методов их контроля обеспечивает повышение качества их изготовления и стабильность характеристик при эксплуатации. Расширение температурного диапазона работоспособности мембран и увеличение их долговечности повышает эффективность устройств» в которых они используются. Это определяет актуальность проблемы.
Так как характеристики мембран существенно зависят от действия механических (величина деформаций, характер и схема нагруже-ния) и немеханических факторов (температура, время), то успешное решение поставленных задач требует учета особенностей поведения резино-тканевого материала в этих условиях. Этим определяются цели настоящего исследования, предпринятого с позиций материаловедения и основ конструирования резиновых изделий.
Целью настоящей работа является установление закономерностей работы плоских и гофрированных резино-тканевых мембран в различных температурних и деформационных режимах нагружения, разработка научно-обоснованных методов оценки прочности мембран , выбора материалов для них, прогнозирования рабочих и прочностных характеристик мембран, а также прогрессивных методов контроля качества резино-тканевых материалов.
Научная новизна. Установлены новые параметры резино-тканево-го материала, определяющие работоспособность мембран (разрывная погонная нагрузка, коэффициент эластичности при низких температурах) , и характеристики гофрированных мембран (коэффициент использования гофра, величина линейного участка зависимости "нагрузка-прогиб" ).
Разработаны новые методы для оценки качества резино-тканевых материалов по предложенным параметрам и рабочих характеристик мембран в условиях нагружения, соответствующих эксплуатационным:
- прочности резинотканевых материалов и мембран в основных
схемах нагружения;
- эластичности резино-тканевого материала и жесткости мембран при низких температурах;
- прогнозирования рабочих характеристик плоских и гофрированных мембран.
Показана корреляция предложенных параметров резино-тканевого материала (разрывной погонной нагрузки и модуля) и соответствующих параметров, определенных при одноосном растяжении стандартных образцов. Это позволяет прогнозировать рабочие и прочностные характеристики мембран разработанными методами и по результатам испытаний стандартных образцов.
Прочность резинотканевых мембран, в основном, зависит от схемы нагружения, а также от типа ткани; деформационные характеристики мембран при низких температурах определяются типом каучука и зависят от высокоэластического модуля резины, измеренного при температурном и деформационном режимах нагружения, соответствующих эксплуатационным.
В результате анализа особенностей уплотнения мембран разра ІЗ. ботаны принципиально новые типы уплотнений по заделке, работоспособные в интервале температур, превышающем область высокоэластических деформаций резины.
Практическая ценность. В результате проведенных исследований:
- разработан метод выбора материала для мембран на базе прогнозирования их рабочих и прочностных характеристик;
- расширен на 10 15° нижний температурный предел работоспособности существующих резинотканевых материалов;
- увеличена долговечность мембран в 5 раз;
- разработаны ТУ, РТМ, справочник "Мембраны", 8 методик, 4 рекомендации, 8 приборов.
Реализация. Внедрено в промышленность 4 методики, 4 прибора, 3 рекомендации, I вид уплотнения (ШЮ "Каучук", Горьковский автозавод). Годовой экономический эффект от внедрения одной разработки составляет 338,5 тыс.руб.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, главы - из разделов. В каждом из них даны выводы. В конце диссертации даны общие выводы по работе.
В главе 2 рассмотрены назначение, конструкции, материалы, результаты исследований и расчета мембран и оболочек и разработана классификация мембран и видов их отказов в условиях эксплуатации.
В главе 3 описаны объекты, аппаратура и методы исследования мембран, разработанные автором для проведения исследования.
В главе 4 экспериментально исследовано влияние температуры на характеристики резинотканевых мембран и уплотнения мембран по заделке, разработан метод прогнозирования деформационных
ІЗ. характеристик мЙІран.
В главе 5 исследована прочность плоских и гофрированных мембран в различных схемах нагружения и предложен неразрушающий экспериментально-расчетный метод оценки прочности мембран.
В главе 6 рассмотрен механизм работы и характер разрушения v резино-тканевых мембран, установлены факторы и параметры, определяющие их работоспособность, и предложен метод рационального конструирования меЬран.
В Приложениях приведены рецептура исследованных резин, условия применения исследованных резинотканевых материалов, акты внедрения результатов работы в промышленность.
