книги из ГПНТБ / Бураков, В. А. Применение гибких оболочек на транспорте

/к — расстояние между осями нитей корда на экваторе гибко­ го элемента, см;

рк — угол наклона нитей корда к меридиану, град, определяе­ мый из соотношения:

Здесь /бр — расстояние между осями нитей корда в браслете (при

сборке), см; Рбр — угол между образующей браслета и кордной нитью, °.

Величины RKи Rcр определяются из следующих выражений:

Объем оболочки определяется из выражения

Определить максимум функций [Ар, Т, V= f (a, Q, d0, н;1)] в приведенных уравнениях трудно. В связи с этим предлагается рас­ считать значения этих функций сначала аналитическим путем для угло-в наклона платформы а = 0, 10, 20, 30, 40, 45°, а затем графиче­ ски определить максимальные значения функций. Принятый гра­ фо-аналитический метод расчета является простым и в то же время дает возможность определить не только максимальные значения функций, но и характер их изменения в пределах заданных углов наклона платформы. В дальнейшем таким способом будет исследо­ ван ряд типоразмеров гибких оболочек. Для пояснения приведем пример, как пользоваться приведенными выше формулами.

Пример расчета. Для расчета принято подъемное устройство из гибких обо­ лочек, установленное на автомобиле ЗИЛ-130. Исходные данные для расчета следующие:

Потребное количество гибких элементов в оболочке определяем по форму­ лам (3) и (10):

Для дальнейших расчетов принимаем количество гибких элементов в обо­ лочке пэ= 3.

20

Эффективную площадь оболочки S0 it расстояние от центра эффективной площади до шарнира Ьс находим по формулам (8) л (9). Результаты расчетов

тля углов наклона платформы а от 0 до 45° приведены в табл. 3.

Для угла наклона платформы а = 0 эффективная площадь определена но

При определении потребного давления газов Др следует учитывать прогиб

рессор. В этом случае при боковой разгрузке углы наклона платформы относи­ тельно, горизонта ср п относительно рамы а для автомобиля ЗИЛ-130 будет на­ ходиться в следующей зависимости (по данным опытных замеров):

а” 0 10 20 30 40 45

Остальной расчет потребного давления газов в оболочках ведется по фор­ муле (1.3). Тогда, например, для угла наклона платформы а = 0 и при одной оболочке N = I будем иметь:

(5000 + 500)193

= 0,834 кгс/с.м2,

2-1-6600-96.5

а для а =45°

Прн двух гибких оболочках (Af=2) давление газов соответственно составит

0,417 н 0,360 кгс/см2.

При задней разгрузке прогиб рессор можно не учитывать. В этом случае принимаем а = ф.

Подъемную силу оболочки рассчитываем при заранее известном -максималь­ ном давлении газов, развиваемом -источником -питания. В качестве примера возь­

21

При установке «а автомобиле двух оболочек ( N = 2) подъемная сила их

увеличится в 2 раза и составит для принятых углов наклона платформы соот­ ветственно 12 200 и 14200 кгс.

Для определения величины натяжения кордной нити в каркасе гибкой обо­

для а = 4о°.

0,719(44,752-0,9914 — 27,732) 20,7

2-44,75-0,9914-0,48-2-6,85-17,05

Объем оболочки определяется по формуле (15). Подставляя в нее значения ранее полученных величин, будем иметь:

для а=0°.

V = 3 [3,142-5,832 (45,85 + 0,4-5,83) + 2-3,14-45,852-5,83]10~6 = 0,289 м»;

для а =45’.

V = 3 [3 ,1+2- 13,35э'(27,7 + 0,4-17,05) + 2-3,14-27,72-17,05]10-6 = 0,540 у.з.

22

Выбор рациональных параметров гибких оболочек

Основными параметрами гибких оболочек являются: внешний диаметр оболочки в сложном состоянии d0, внутренний диаметр dш, или диаметр обода d06, количество слоев корда в каркасе обо­ лочки пк.

Указанные параметры гибких оболочек могут быть однозначно определены по приведенным выше формулам. Однако представляет большой интерес, как влияют изменения каждого параметра на дру­ гие, а также на величину потребного давления газов, время напол­ нения оболочки, расход топлива и др. В связи с этим для исследова­ ния было принято 18 градаций размеров цилиндрических оболочек и 6 различных марок бортовых автомобилей, прицепов и полупри­ цепов, которые предполагалось оборудовать в самосвальные. Ис­ ходные данные для расчета приведены в табл. 4. При этом предпо­ лагалось, что каждый гибкий элемент имеет переменный размер диаметра обода, всегда равный эффективному диаметру оболочки

о о б = dr).

делялись на ЭВМ «Урал-2». В результате получен ряд зависимо­ стей, на анализе которых следует остановиться.

На' рис. 6 приведены зависимости давления газов в оболочке Ар и натяжения кордной нити Т от угла наклона платформы а при бо­ ковой разгрузке, а на рис. 7 — при задней разгрузке. Наклон кузо­ ва изменялся от 0 до 45°, при Qa =0 (при закрытых бортах). Такие условия соответствуют «аиболее неблагоприятному случаю разгруз-

23

Рис. 6. Зависимость избыточного дав­ ления в оболочке (Др) и натяжения кордной нити (Т) от угла наклона

платформы (а), начального диаметра оболочки (d0) и количества гибких элементов (пэ) при боковой разгруз­

ке автомобиля ЗИЛ-130 БС

кп. В расчете принято, что на каждом транспортном средстве име­ ется по одной оболочке.

Из приведенных графиков видно, что давление в оболочках Ар зависит от грузоподъемности транспортного средства Q, диаметра оболочки cl0и количества гибких элементов в оболочке пэ.

С увеличением диаметра оболочки’ d0 или количества в ней гиб­ ких элементов па для подъема кузова требуется меньшее давление, 'п характер зависимости Ap = f{a) при боковой разгрузке приближа­ ется к линейному со слабовыраженным макаиму-мом функции. Дав­ ление резко снижается при увеличении диаметра d0, особенно при переходе от оболочек малого размера к оболочкам большого разме­ ра. Такой характер изменения давления в основном объясняется из­ менением эффективной площади оболочек (рис. 8). С каждым последующим переходом с меньшего диаметра на больший падение давления уменьшается, а увеличение эффективной площади возра­ стает. При увеличении количества гибких элементов с трех до четы­

24

рех давление падает больше, чем при переходе с четырех элементов на пять. Следовательно, наибольший эффект снижения давления достигается при оболочках с меньшими размерами.

В большинстве случаев один и тот же эффект можно получить за счет увеличения диаметра оболочки или количества гибких эле­ ментов с трех до четырех. При наличии четырех элементов наиболь­ шее снижение-давления происходит за счет увеличения диаметра оболочки, а не количества гибких элементов.

ных максимумов. Кроме того, максимальное давление при задней разгрузке и малых значениях d0 намного (до 5 раз) выше соответ­ ствующего давления для тех же оболочек при боковой разгрузке.

В табл. 5 приведены максимальные давления газов (кгс/см2) в оболочке при разгрузке автомобилей, прицепов и полуприцепов (направление разгрузки на боковые стороны).

На выбор параметров гибких оболочек большое влияние оказы­ вают прочностные показатели — натяжение кордной нити Т и коэф-

Рис. 7. Зависимость Ар от a, da и п0 при задней разгрузке автомобилей

ГАЗ-51А БС

Рис. 8. Зависимость-эффективной площади (SD) и объема оболочки (V) от угла наклона платформы (а), начального диаметра (do) и количества гибких элемен­ тов в оболочке (пэ) при баковой разгрузке автомобилей ГАЗ-51 А БС

и ГАЗ-53Ф БС

25

Т а б л н ц а 5

фициент.запаса прочности kn. На рис. 6 приведены зависимости на­ тяжения кордной нити Т от угла наклона платформы а для оболо­ чек разных размеров, установленных на автомобиле ЗИЛ-130 БС, а в табл. 6 — максимальные значения натяжения кордной нити Т и коэффициента запаса ее прочности kn при двух слоях корда пк, од­ ной и двух оболочек, установленных на каждом транспортном сред­ стве. В расчете принят вискозный корд марки 16В с нитью, выдер­ живающей усилие натяжения 16,4 кгс, и числом нитей i'gp = 8 8 на

100 мм.

Анализ данных, приведенных в табл. 6, показывает, что коэффи­ циент запаса прочности каркаса оболочек изменяется в широких пределах. Так, для оболочек, установленных на полуприцепе А1АЗ-5245 и автомобиле ГАЗ-51А, он изменяется соответственно от

ддла/да2 п,=3

500 1000 Ь,мм

Рис. 9. Зависимость избыточного давления в оболочке (Др) от высоты верти­

кального подъема (Л) груза массой 5 т, начального диаметра (do) и количества гибких элементов в оболочке (п0)

26

1,2 до 4,8 п от 4,8 до 27,3. При малом значении коэффициента запа­ са прочности рекомендуется либо увеличить количество гибких обо­ лочек, либо повысить число слоев корда до четырех или шести.

На основе анализа данных табл. 5 и 6 можно сделать вывод, что наиболее рациональными для оборудования автомобилей, при­ цепов и полуприцепов являются оболочки с начальными диаметра­ ми 700—1100 мм и с 3—4 гибкими элементами.

Для размещения гибких оболочек на раме подвижного состава должны быть предусмотрены площадки. Во избежание перетирания оболочки пли ее защемления между поперечными или продольны­ ми балками рамы кузова ширина площадки должна быть увели­ чена примерно на 50 мм по сравнению с d0.

Параметры оболочек, обеспечивающих вертикальный подъем, выбирают по графику, приведенному на рис. 9. По зависимости А/д= /(/г) можно установить параметры оболочек исходя из макси­ мального давления газов.

Приведенный анализ показывает, что путем подбора парамет­ ров гибких оболочек и их числа можно в широких пределах варьи­ ровать потребное давление газов. В связи с этим при окончатель­ ном выборе параметров гибких оболочек необходимо учитывать возможности их питания от существующих пневматических источ­ ников, рассмотрению которых и посвящается следующий раздел.

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ГИБКИХ ОБОЛОЧЕК

Анализ существующих пневматических источников

Пневматическим источником на грузовых автомобилях является компрессор. Он служит для питания сжатым воздухом тормозной системы. Применяются компрессоры малой производительности до 100, средней — 100—200, повышенной — 200—300 и высокой — свы­ ше 300 л/мин.

Грузовые автомобили средней грузоподъемности снабжены ком­ прессорами производительностью 100—200 л/к.ин, обеспечивающи­ ми в нормальных условиях эксплуатации давление в воздушном баллоне б—7 кгс/см2. На автомобилях марок ЗИЛ, МАЗ и других применяются двухцилиндровые компрессоры одноступенчатого сжа­ тия. Характеристики компрессоров автомобилей ЗИЛ-164А и ЗИЛ-130 приведены в табл. 7.

Производительность компрессора зависит от частоты вращения вала и величины избыточного давления в воздушном баллоне; увеличивается с ростом частоты вращения вала и уменьшается с повышением противодавления в воздушном баллоне. В табл. 8 при­ ведены экспериментальные характеристики компрессоров автомо­ билей ЗИЛ-164А и ЗИЛ-130.

Приведенные данные показывают, что при 2000 об/мии вала и избыточном давлении 1 кгс/см2 производительность компрессоров автомобилей ЗИЛ-164 и ЗИЛ-130 составляет соответственно 186 и

28

304 л/мин, а при избыточном давлении 7 кгс/см2— 136 и 220 л/мин. Потребляемая мощность в обоих случаях: 2,1— 1,56 и 3,0—2,5 л. с.

Анализ зависимостей & p ' = f ( a ) и данных табл. 5 показывает, что максимальное давление в оболочках для подъема кузовов авто­ мобилей, прицепов и полуприцепов различных марок находится в основном в пределах 0,46—6,0 кгс/см2, а рабочее давление воздуш­ ных компрессоров, установленных на этих транспортных средст­ вах, — 6—7 кгс/см2. Таким образом, по развиваемому давлению воздушные компрессоры, установленные на автомобилях для при­ вода тормозов, могут быть использованы в качестве пневматических источников н для питания сжатым воздухом подъемных механиз­ мов из гибких оболочек.

Возможны два варианта: питание гибких оболочек сжатым воз­ духом непосредственно от компрессора и питание посредством воз­ душного баллона. При питании сжатым воздухом непосредственно от компрессора определяющей величиной является время наполне­ ния оболочки ts, которое зависит от производительности компрес­ сора У1{, начального объема оболочки У0, объема оболочки V, мак­ симального давления газов в оболочке Артах, и рассчитывается сле­ дующим образом:

, Р та х У PqVq .

В качестве примера было рассчитано время наполнения оболо­ чек при боковой разгрузке автомобиля ЗИЛ-164А БС. Результаты расчета сведены в табл. 9.

29