Схемы дозаторов для подачи зернистых материалов в зону высокого давления

Библиографический список

1. Елисеев С.В., Резник Ю.Н., Хоменко А.П., Засядко А.А. Динамический синтез в обобщенных задачах виброзащиты и виброизоляции технических объектов: монография. Иркутск: Изд-во ИГУ, 2008. 523 с.

2. Белокобыльский С.В., Елисеев С.В., Кашуба В.Б. Прикладные задачи структурной теории виброзащитных систем: монография. СПб.: Политехника, 2013. 364 с.

3. Елисеев С.В., Резник Ю.Н., Хоменко А.П. Мехатронные подходы в динамике механических колебательных систем: монография. Новосибирск: Наука, 2011. 394 с.

4. Елисеев С.В., Московских А.О., Большаков Р.С., Савченко А.А. Возможности интеграции методов теории цепей и теории автоматического управления в задачах динамики машин // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2012. № 6. С. 19.

5. Фролов К.В., Мусатов А.К., Лукачев Д.М. и др. Теория механизма и машин: учеб. пособие для вузов / под ред. К.В. Фролова. М.: Высшая школа, 1987. 496 с.

6. Eliseev S.V., Lukyanov A.V., Reznik Yu. N., Khomenko A.P. Dynamics of mechanical systems with additional ties: monograph. Irkutsk: publishing Irkutsk State University, 2006. 316 p.

7. Хоменко А.П., Елисеев С.В., Артюнин А.И. и др. Механизмы в упругих колебательных системах: особенности учета динамических свойств, задачи вибрационной защиты машин, приборов и оборудования. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2013. 187 с. Деп. в ВИНИТИ 15.08.2013 № 243-В 2013.

8. Хоменко А.П., Елисеев С.В. Мехатроника виброзащитных систем. Некоторые вопросы обеспечения адекватности расчетных схем и структурные интепретации // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. № 1 (33). С. 8-13.

9. Бурков С.Н., Ефремов А.М. Теоретическое исследование динамической устойчивости пневмогидравлических опор // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2003. № 2. С. 124-131.

10. Елисеев С.В., Артюнин А.И., Каимов Е.В. Особенности динамических взаимодействий в схемах подвески транспортных средств с устройством для преобразования движения // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 7. С. 11-20.

11. Белокобыльский С.В., Елисеев С.В., Ситов И.С. Динамика механических систем. Рычажные и инерционно-упругие связи: монография. СПб.: Политехника, 2013. 319 с.

12. Белокобыльский С.В., Елисеев С.В., Кашуба В.Б. Возможности динамических взаимодействий в механических колебательных системах при связанных внешних силах // Системы. Методы. Технологии. 2013. № 4 (16). С. 7-13.

13. Елисеев С.В., Кашуба В.Б. Большаков Р.С. Возможности влияния внешних воздействий на приведенную жесткость системы // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2013. № 3 (13). С. 46-52.

УДК 669.213.3

СХЕМЫ ДОЗАТОРОВ ДЛЯ ПОДАЧИ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЗОНУ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

А  А <5

© В.П. Кольцов1, В.В. Елшин2, Нгуен Ван Хоан3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведены схемы конструктивных вариантов дозаторов для загрузки и разгрузки рабочих камер аппаратов с высоким давлением. Эффективность предложенных схем обусловлена использованием деформированных эластичных торов, что позволило обеспечить герметизацию, облегчить операции загрузки и разгрузки, упростить конструкцию и исключить использование другого вида привода. Ил. 2. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: дозаторы; эластичный тор; давление; привод; герметизация; надежность; простота.

SCHEMES OF DISPENSERS FEEDING GRANULAR MATERIALS TO A HIGH PRESSURE ZONE V.P. Koltsov, V.V. Elshin, Nguyen Van Hoan

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article gives the schemes of dispenser designs for loading and unloading of working chambers of high-pressure devices. Efficiency of the proposed schemes is determined by the use of the deformed elastic tori. The last allowed to pro-

1 Кольцов Владимир Петрович, доктор технических наук, профессор кафедры оборудования и автоматизации машиностроения, тел.: (3952) 405150, e-mail: kolcov@istu.edu

Koltsov Vladimir, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Machinery and Automation of Mechanical Engineering, tel.: (3952) 405150, e-mail: kolcov@istu.edu

2Ёлшин Виктор Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации производственных процессов, декан заочно-вечернего факультета, тел.: (3952) 405180, e-mail: dean_zvf@istu.edu

Elshin Victor, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Automation of Technological Processes, Dean of the Correspondence and Extramural Faculty, tel.: (3952) 405180, e-mail: dean_zvf@istu.edu

3Нгуен Ван Хоан, аспирант, тел.: +79247018668, e-mail: nguyenhoanirk@yahoo.com Nguyen Van Hoan, Postgraduate, tel.: +79247018668, e-mail: nguyenhoanirk@yahoo.com

vide hermetization, simplify both the operations of loading/unloading and the design, and eliminate the use of the alternative type of a drive. 2 figures. 5 sources.

Key words: dispensers; elastic torus; pressure; drive; hermetization; reliability; simplicity.

Развитие нано- и химических технологий в стране и мире создает базу для производства современных высокопрочных эластичных синтетических материалов, что существенно расширяет возможности в разработке перспективных машин и механизмов, имеющих улучшенные и новые эксплуатационные свойства. В этой связи особый интерес представляет использование эластичных оболочечных рукавно-торовых устройств при конструировании дозаторов для подачи сыпучих материалов в зону высокого давления.

Важное место среди таких конструкций занимают тороидальные выворачивающиеся оболочки. Использование разработчиками широких функциональных свойств торовых устройств в ряде случаев может существенно улучшить или упростить существующие или вновь создаваемые механизмы.

Под воздействием внешних или внутренних сил тороидальный механизм имеет следующие функциональные особенности:

1. Перемещается путем выворачивания или наволакивания по жесткой, эластичной и любой другой опорной поверхности, «омывая» ее деформированные участки и инородные включения, при этом самоуплотняется в замкнутой, охватывающей его периферию поверхности, «сам себя находит».

2. Обеспечивает широко регулируемую площадь контакта и небольшие удельные давления на опорную поверхность с низким давлением текучей среды в своей оболочке.

3. Создает тяговые усилия и ударный эффект.

4. Преобразует виды движения: например, поступательное во вращательное, и наоборот.

5. Наволакиваясь на любой формы предмет, захватывает его, удерживает и/или перемещает предмет внутри себя с регулируемым обжимающим усилием («мягкий» захват).

6. Выворачиваясь, выталкивает с различной начальной скоростью находящийся внутри себя предмет.

7. Выворачиваясь и/или наволакиваясь, переходит из одного устойчивого состояния в другое.

8. При выворачивании и наволакивании скорость поступательного движения центрального жгута, по крайней мере, в два раза больше скорости поступательного движения тороида относительно его периферии.

9. При продольном перемещении дополнительно движется и в поперечном направлении, и т.п.

Таким образом, тороидальное движение является высшим (базовым, основным, главным, образующим) видом движения, а не отдельным подвидом.

Функциональные возможности машины или механизма, имеющего в своем составе эластичный тороид, увеличиваются, как минимум, в два раза, поскольку эластичный тороид имеет две внешние рабочие поверхности, плавно переходящие друг в друга, - цен-

тральную часть и периферию (двухсторонняя замкнутая поверхность).

Для реализации своих потенциальных возможностей эластичные тороиды могут иметь различные формы и быть кинематически связаны с такими конструктивными элементами, как центральное и/ или внешнее и/ или внутреннее периферийные тела разной формы, выполненные из различных материалов [1].

Авторами ранее разрабатывались новые схемы дозаторов для подачи зернистых материалов в герметичную зону высокого давления технологического аппарата на базе использования эластичных торовых конструкций, что позволило создать ряд устройств загрузки и выгрузки камер высокого давления [2, 3].

Достоинством предложенных дозаторов для подачи зернистых материалов в зону высокого давления, по сравнению с традиционными устройствами, является повышение надежности работы за счет упрощения конструкции и исключения из механизма загрузки и выгрузки пар трения скольжения [2]. Дальнейшее развитие технического решения по использованию эластичных торов позволило создать дозатор с использованием внутренней поверхности тора в качестве наружной стенки контейнера, что облегчило операции загрузки и разгрузки и несколько упростило конструкцию [4].

На рис. 1, а-в, показан такой вариант дозатора для подачи зернистых материалов в зону высокого давления, где на рис. 1,а - контейнер загружается рабочей средой, а на рис. 1,б - разгружается.

Рабочая камера высокого давления обозначена на рис. 1, поз. 1; корпус дозатора - поз. 2; эластичный тор, наполненный жидкостью или газом под давлением, - поз. 3. В загрузочном бункере (4) находится зернистая среда (5). Привод (6) с помощью толкателя (7) сообщает движение направляющим (8, 9) и дозатора. Контейнер (10) дозатора представляет собой пространство, ограниченное по торцам цилиндрическими направляющими (8, 9), а по наружной поверхности -внутренней оболочкой тора (3). При этом длина внутренней поверхности тора по вертикальной оси превышает расстояние между направляющими, что гарантирует постоянное разделение объема загрузочного бункера и зоны высокого давления в камере (1). Внутреннее пространство тора (10) разделено на продольные секции пластинами (11). Верхняя направляющая (8) тора (3) увеличена на длину хода контейнера. Верхнее и нижнее положения тора определяются ограничителями хода дозатора (12 и 13), при этом зазор в отверстиях между ограничителями и поверхностями направляющих меньше размера зерен среды. Верхняя торцовая поверхность направляющей (9) для улучшения разгрузки имеет форму конуса.

Конструкция контейнера в виде емкости, ограниченной стенкой тора и разделенной продольными

пластинами, позволяет облегчить его загрузку и разгрузку, исключить залипание транспортируемой среды и заметно сократить величину рабочего хода. В то же время боковые поверхности пластин являются опорами для внутренней оболочки тора. Увеличение верхней направляющей на длину хода контейнера позволяет защитить поверхность контакта наружной оболочки тора и корпуса аппарата от попадания частиц транспортируемого продукта.

Устройство работает следующим образом. При перемещении контейнера (10) в верхнее положение

направляющая (8) поднимается выше ограничителя (12), открывая полость контейнера (10) для заполнения ее зернами рабочей среды (5) (см. рис. 1,а). После наполнения контейнера (10) привод (6) перемещает контейнер (10) в нижнее положение. Направляющая (9) выходит за пределы тора (3), соединяя пространство рабочей камеры (1) и контейнера (10). Зернистая среда (5) под действием своего веса высыпается в рабочую зону камеры (1) (см. рис. 1,б). При перемещении контейнера в верхнее положение цикл загрузки повторяется.

'о ° / 1 ~\ /о° 00 о 00

-°о °0 °о о°0 О ; о° о о О О 0 о° о° ° °о° ° „V 0 °о 0 о„ ° 0 о О О

о ° 0 0 о „° о о > о0о °оо О°о°ос

а)

б)

А-А

в)

Рис. 1. Дозатор с цилиндрическим тором

На рис. 2 (а-в) показан еще один вариант дозатора с использованием эластичного конического тора, наполненного жидкостью или газом под давлением.

В этом случае конический эластичный тор используется в качестве силового привода и органа для герметизации рабочей камеры. Поэтому такая конструкция позволяет исключить использование другого (например, электромеханического) вида привода [5].

Конструктивно устройство на рис. 2

также представляет собой условную цилиндрическую емкость, образованную цилиндрическими направляющими (5 и 6) по торцам, внутренней поверхностью тора (8) и перекрещивающимися пластинами (7) по продольной оси емкости. Контейнер (3) установлен и удерживается в деформированном в радиальном направлении торе (8), размещенном в коническом отверстии корпуса (9). Возвратно-поступательное движение контейнера (3) реализуется путем выворачивания внутренней поверхности конического эластичного тора при изменении давления в его полости с

А-А

а)

в)

б)

Рис. 2. Дозатор с коническим тором

помощью питателя (10). Верхнее и нижнее положения тора определяются ограничителями хода дозатора (11 и 12), при этом зазор в отверстии между ограничителем (11) и поверхностью верхней направляющей меньше размера зерен среды. Верхняя торцевая поверхность направляющей (11) для улучшения разгрузки выполнена в виде конуса.

Устройство работает следующим образом. В верхнее положение направляющая (5) поднимается выше ограничителя (11), открывая полость контейнера (3) для заполнения ее зернами рабочей среды. Давление в полости тора установлено начальным необходимым значением, удовлетворяющим условия для обеспечения герметизации зоны высокого давления. После наполнения контейнера (3) давление в торе (8) увеличивают, и конический эластичный тор (8) начинает выворачиваться (наволакиваться) в осевом направлении и перемещается в нижнее положение, опуская контейнер (см. рис. 2,а). В нижнем положении

контейнера направляющая (6) выходит за пределы тора (8), соединяя пространство рабочей камеры (2) и контейнера. Зернистая среда (4) под действием своего веса высыпается в рабочую зону камеры (2) (см. рис. 2,б). При уменьшении давления в полости тора, он перемещается в обратном направлении, поднимая контейнер (3) вследствие возросшего давления в рабочей камере, и цикл загрузки повторяется.

Таким образом, представленные в статье варианты дозаторов для подачи зернистых материалов в зону высокого давления обеспечивают повышение эффективности и надежности устройств за счет упрощения конструкции, облегчения операции загрузки и разгрузки и исключения из механизмов пар трения скольжения.

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства РФ в рамках постановления № 218 (проект № 02 G25.31.0075).

Статья поступила 17.07.2014 г.

Библиографический список

1. Шихирин В.Н., Ионова В.Ф., Шальнев О.В., Котляренко В.И. Эластичные механизмы и конструкции: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. 286 с.

2. Кольцов В.П., Ёлшин В.В., Нгуен Ван Хоан. Дозаторы для подачи зернистых материалов в зону высокого давления // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 5 (76). С. 38-42.

3. Патент № 2471543. Российская Федерация. МПК кл. В0и3/02. Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления (варианты) / Кольцов В.П., Ёлшин В.В., Нгуен Ван

Хоан; опубл. 10.01.2013. Бюл. № 1.

4. Патент № 135271. Российская Федерация. МПК кл. В0и3/02. Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления / Кольцов В.П., Ёлшин В.В., Нгуен Ван Хоан. Опубл. 10.12.2013. Бюл. № 34.

5. Патент № 135939. Российская Федерация. МПК кл. В0и3/02. Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления / Кольцов В.П., Ёлшин В.В., Нгуен Ван Хоан. Опубл. 27.12.2013. Бюл. № 36.

УДК 539.3:539.4

АНАЛИТИЧЕСКИЙ И КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ РАСЧЕТ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ТРЕХСЛОЙНЫХ ПАНЕЛЕЙ НА ПОПЕРЕЧНЫЙ ИЗГИБ

© Н.В. Осадчий1, В.Т. Шепель2

ОАО «Научно-производственное объединение «Сатурн», 152903, Россия, Ярославская обл., г. Рыбинск, пр. Ленина, 163.

Задача расчета прочности панелей звукопоглощающих конструкций сведена к расчету трехслойных панелей. Верификация конечно-элементной модели трехслойной панели осуществлена путем сравнения результатов аналитического и конечно-элементного расчетов. В работе описан вывод и решение дифференциальных уравнений поперечного изгиба трехслойной панели. Получены зависимости для поперечного прогиба, изгибающих моментов, поперечных сил, позволившие получить напряжения и деформации элементов трехслойной панели, проведено их сравнение с результатами расчета на основе метода конечных элементов. Ил. 2. Табл. 1. Библиогр. 7 назв.

Ключевые слова: панель звукопоглощающей конструкции; поперечный изгиб; система дифференциальных уравнений.

ANALYTICAL AND FINITE ELEMENT BENDING ANALYSIS OF RECTANGULAR THREE-LAYER PLATES N.V.Osadchii, V.T.Shepel

NPO Saturn Joint-Stock Company,

163 Lenin pr., Rybinsk, Yaroslavl region,152903, Russia.

The task of strength analysis of acoustic panels is reduced to three-layer panel computation. Verification of the finite el-

1Осадчий Николай Васильевич, кандидат технических наук, эксперт конструкторского отдела прочности, тел.: 89206522794. Osadchii Nikolai, Candidate of technical sciences, Expert of Construction Department of Durability, tel.: 89206522794.

2Шепель Вячеслав Тимофеевич, доктор технических наук, профессор, начальник конструкторского отдела сертификации, тел.: 89605386407, e-mail: sshepel@yandex.ru

Shepel Vyacheslav, Doctor of technical sciences, Professor, Head of Construction Department of Certification, tel.: 89605386407, e-mail: sshepel@yandex.ru