Анализ напряжений и прогибов в баллонах давления из композиционного материала

Отремонтированные покрышки подвергают статической балансировке на специальном станке БЛБ-1. Уравновешивают покрышку, приклеивая на ее внутреннюю беговую часть куска листовой специальной резины толщиной 2,0 мм. Пробег покрышки после восстановления составляет 15...25 тыс. км [2].

Технология восстановления шин на заводе «Бриджстоун» следующая.

Сначала каждый каркас внимательно осматривают изнутри и снаружи на инспекционном борторасширительном станке. Проколы и другие повреждения помечают.

Пригодные шины отправляются на более детальный осмотр — на станке вакуумной шеаро-графии при помощи двух камер и лазерных лучей происходит сканирование внутренних расслоений в протекторной зоне и в боковинах. Изображения передаются на компьютер, и оператор видит состояние каркаса на мониторе.

Основные критерии приемки каркасов автошин на восстановление:

1. Каркас автошины должен быть не старше пяти лет.

2. Заводской номер должен быть читаемым.

3. Не допускается износ беговой дорожки до оголения брекерного слоя.

4. Не допускаются повреждения в зоне бортового кольца, повреждения герметизирующего слоя внутри каркаса шины.

5. Не допускаются различные деформации боковины и повреждения в неремонтируемой зоне.

6. Не принимаются уже ранее восстановленные шины, шины китайского, российского производства или шины не установленного производителя.

Следующий этап — шероховальный станок. Здесь удаляют протектор и зачищают всю грязь, причем пыль сразу втягивается встроенным пылесосом. Шину, обработанную на этом станке, запрещено ка-

саться руками, даже в перчатках; ее нельзя опускать на пол. Потом на участке зачистки местных повреждений скайвинга тремя видами пневмоинструмента с насадками удаляют все мелкие повреждения протектора и боковины. Затем шину в покрасочной камере обрабатывают связующим составом — «цементом», чтобы обеспечить потом прилипание протекторной ленты и прослоечной резины.

На лентоотрезном станке оператор должен нажать одновременно две кнопки для того, чтобы отрезать кусок протекторного слоя нужного размера. Это забота о безопасности, при такой технологии просто невозможно получить травму. Есть и кнопка полной остановки в экстренном случае.

С помощью валиков под давлением 0,35 МПа происходит прикатывание ленты и прослоечной резины, на сборочном станке — сборка ленты и каркаса. Оператор контролирует центровку и в целом процесс с помощью лазерного светового устройства. После этого шину упаковывают в герметизирующий резиновый конверт, и она по монорельсу отправляется в автоклав. «Выпекание» 22 шин одновременно производят в течение 4,5 ч при температуре 99 °С под давлением 0,6 МПа. В результате происходит вулканизация — химический процесс, при котором молекулы резины связываются в цельный химический кусок. Это не приклеивание, а именно химическая реакция с взаимопроникновением молекул.

После автоклавирования остается снять конверт и покрасить шину.

Список литературы

1. Зубкова, И. Шинам — вторую и третью жизнь / И. Зубкова // Грузовой транспорт и спецтехника. — 2011. — № 10. — С. 39-42.

2. Румянцев, С.И. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Учебник для ПТУ / С.И. Румянцев,

А.Ф. Синельников, Ю.Л. Штоль. — М.: Машиностроение, 1989. — 272 с.

УДК 624.04

В.А. Елтышев, доктор техн. наук Ю.А. Барыкин

Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова

АНАЛИЗ НАПРЯЖЕНИЙ И ПРОГИБОВ В БАЛЛОНАХ ДАВЛЕНИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

П

рименение современных композиционных баллоны давления из композиционных материа-

материалов в сельском хозяйстве становит- лов для сжатого и сжиженного газа в автосельхоз-

ся все более актуальным в связи с модернизаци- технике. Перспективным является проектирование

ей, проводимой во всех отраслях народного хозяй- и производство различного рода емкостей для хра-

ства. В настоящее время уже находят применение нения и опрыскивания под давлением сельхозуго-

дий различными реактивами. Последнее связано с высокой стойкостью композиционных материалов к агрессивным средам. При проектировании такого рода конструкций необходимо уметь определять возникающие в них перемещения и напряжения от действующих нагрузок.

Из анализа литературы по данному направлению следует, что современные численные методы сложны для реализации и требуют специальной подготовки, а инженерные решения в аналитическом виде отсутствуют.

С целью восполнить этот пробел в работе [1] были получены аналитические выражения для определения перемещений (прогибов) и напряжений в композиционных баллонах давления из ор-тотропного материала.

Выражения для прогибов имеют следующий

вид:

для цилиндрической части баллона

\ 2

№ = ц 2Е,И

2 -v^ -

для эллиптических днищ

рЬ2

№э = э 2Е2к

2-

2

П

где п(Р*) = е вх еовРх, в = ^^2 ~ _ у2 ’Р — давление

в баллоне; Е2, у2, у1 — модули упругости и коэффициенты Пуассона ортотропного материала в меридиональном и окружном (кольцевом) направлениях (Е1 = Е2у2 / у2); а, Ь — полуоси эллиптических днищ; к — толщина баллона; х — меридиальная координата.

Анализ выражений (1) и (2) показывает, что в стыковом сечении цилиндра с днищем при х = 0 функция л(Р^) = 1, поэтому оба выражения (1) и (2) дают одну и ту же зависимость

РЬ2

№ =

2Е2к

2 \ а

Распределение меридиональных напряжений ох в баллоне описывается следующим выражением [1]:

РЬ

°х 2к

1 +

3

— v^

а к №)

где П1 (х) = Є_вХ8ІП Рх.

Исследование н казывает, что максимальное значение ох при вх =

Исследование на экстремум выражения (3) поп

4

следующее:

о х

рЬ

2Н

1+

0,484

314^2

Выражение (4) справедливо как для цилиндрической части, так и для днищ, только опасная точка для цилиндра лежит на наружной поверхности, а для днищ — на внутренней. Это следует из распределения изгибающих моментов М в цилиндре и М в днище (рисунок), где

мц=-мэ=# (а)2 п(в>)-

мц

мэ

р_ I Ь

2

8в

Пі

0,322

(а

рЬН

VV1

Так как мембранные кольцевые напряжения оу в эллиптических днищах меньше, чем в цилиндрической части баллона [2], то для определения максимального значения кольцевого напряжения оу достаточно исследовать его выражение для цилиндрической части баллона:

При увеличении координаты х функция п(Рх) убывает, при рх = п равна 0,0432 и при значениях рх > п ей в инженерных расчетах можно пренебречь.

Поэтому при рх > п для прогибов цилиндрической части можно принять следующее значение:

РЬ2

* = ^(2 -У2 ),

2Б2к

а для днищ при длине дуги меридиана рх > п значение

№ =

РЬ

2Е2к

2 ь2

2 -~ V2

а2

На основании проведенного анализа распределение прогибов в баллоне показано на рисунке.

V

2

2

2

2

2

РЬ

Оу = —

у 2к

2 - 2(а) п(вх)+

3у2

213

Выражение (5) принимает экстремальное значение при значении

Рх = п + arctg

,.1.max РЬ

О Y = — Y 2к

3у2

31 У2/. - у2 I + 3у

3"2

2 - 2 (а) ЛИ+

а) п (И

Таким образом, подставляя в приведенные выражения (1)-(7) конкретные значения размеров, давления и механических характеристик материала баллона, можно получить все необходимые данные по прогибам и напряжениям в рассчитываемых конструкциях.

Достоверность полученных результатов подтверждается тем, что приведенные выражения (1)-(5) в частном случае для изотропного металлического баллона, т. е. при Е1 = Е2 = Е, V! = у2 = V, совпадают с выражениями, полученными в работе [2].

Список литературы

1. Елтышев, В.А. Напряженное и деформированное состояние ортотропных баллонов давления / В.А. Елтышев, Ю.А. Барыкин // Сборник научных статей Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Пермской ГСХА. — Пермь: ФГОУ ВПО «Пермская ГСХА», 2010. — С. 311-315.

2. Тимошенко, С.П. Пластинки и оболочки /

С.П. Тимошенко, С. Войновский-Критер. — М.: Физ-маттиз, 1963. — 636 с.

2

+

+

УДК 629.083 А.Л. Тоцкий

Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I

Автомобиль является крупнейшим загрязнителем окружающей среды, особенно в крупных городах. Считают, что мировой парк автомобилей приблизился к 700 млн ед. Россия, Китай, Индия, другие страны переживают автомобильный бум. Автопарк России ежегодно увеличивается на 1,6...1,8 млн автомобилей [1].

Происходит ускорение обновления автопарка и вывод из эксплуатации автотехники, узлы и компоненты которой пригодны для дальнейшей эксплуатации. Учитывая, что в 90-е годы прошлого века в нашу страну хлынул поток подержанных автомобилей, иногда полностью выработавших свой ресурс, следует ожидать значительного увеличения количества автомобилей, выводимых из эксплуатации.

Ускорившееся обновление автопарка, увеличение его численности создают реальную и серьезную угрозу окружающей среде, в том числе неоправданно большого потребления материальных ресурсов. Снизить ее может рациональное обращение с выводимыми из эксплуатации автомобилями, автокомпонентами и материалами [2].

Утилизация автотранспортных средств должна развиваться в двух направлениях:

82

восстановления и повторного использования узлов, агрегатов и других автокомпонентов, сохранивших свой ресурс;

• переработки узлов и агрегатов, не подлежащих восстановлению, во вторичные материалы с целью их использования при производстве новых материалов.

Для реализации этих направлений необходимо знать, какие материалы и в каком количестве образуются при утилизации автотранспортных средств.

По состоянию на 1 января 2011 г. количество автотранспортных средств, зарегистрированных на территории Российской Федерации, равняется 49,2 млн ед. Общее число легковых автомобилей при этом составило 40,02 млн, грузовых авто — 5,35 млн, тракторов и комбайнов — 2,94 млн, а оставшиеся 894 тыс. приходятся на автобусы [2].

В России утилизируемые автотранспортные средства можно разделить на два основных потока:

• автотранспортные средства, утилизируемые при финансовой поддержке государства («Программа утилизации автомобилей»), порядка 500 тыс. автомобилей;

• автотранспортные средства, утилизируемые без финансовой поддержки государства (на-

АНАЛИЗ ОБРАЗОВАНИЯ УТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ