Введение к работе
Актуальность проблемы. Совершенствование методов расчета на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций,машин, аппаратов и приборов на этапе проектирования представляет собой актуальную народнохозяйственную задачу, так как приводит к сокращению сроков проектирования, снижению материалоемкости0 сокращению дорогостоящих экспериментов, т.е. является составной частью развития техники.
Непрерывно растущий спрос на покрышки и шины различных моделей и типоразмеров, а также других резинотехнических и пластмассовых изделий определяет необходимость оснащения отечественной шинной и резинотехнической промышленности высокопроизводительным оборудованием, отвечающим современном техническим требованиям. Наиболее массовыми видами отечественного вулканиэационного и литьевого оборудования являются шиновосстановительные вулканизаторы ВВ, многопозиционные вулканизаторы - перезарядчики ВПМ, индивидуальные форматоры - вулканизаторы ФВ, литьевые прессы ПЛВМ, литьевые машины для пластификации и впрыска МЛ и АЛ.
Вулканизатор ВВ представляет собой автоматический пресс с гидромеханическим приводом запирания пресс-форм и предназначен для вулканизации восстанавливаем» автомобильных покрышек способом наложения нового протектора. Наиболее ответственным узлом вулканизатора, от которого зависит качество изделия и надежность работы машины в целом, является верхняя и нижняя камеры (рисі).
Многопозиционный вулканизатор-перезарядчик покрлпек ВПМ с байонетным замком запирания пресс-форм, а также форматор-вулканизатор ФВ предназначены для изготовления автомобильных покрышек, Основной рабочий узел вулканизаторов состоит из верхней и нижней камер, пресс-формы и байонетного кольца. Камеры и байонетное кольцо (рис.2) вулканизаторов представляют собой короткие цилиндрические оболочки, на одном торце которых имеются зубья. Распорное усилие в процессе вулканизации, в зависимости от типа ВПМ и ФВ, может достигать 12000 кН. Это усилие передается через зубья от пресс-формы на камеры и байонетное кольцо в. виде локальной Нагрузки.
Для изготовления резиновых и пласмассовых изделий методой литья под давлением d резинотехнической промышленности используются вертикальные и горизонтальные гидравлические двух - трех и.
четырех колонные прессы ПЛШ.
Пресс ПЛВМ состоит из-двух основных узлов и механизмов: узла смыкания формы и литьевого механизма. В первый входят силовой гидроцилиндр /ряс.4/ запирания пресс-форм, подвижная плита-траверса' и две неподвижные силовые /опорные/ плиты, связанные между собой колоннами /рис.3/. Литьевой механизм /рис.5/ состоит из материального однослойного или двухслойного толстостенного цилиндра и#рабочего органа - шнека /червяка/, предназначенного для пластикации и выдавливания резиновой или пластической массы через специальное отверстие в пресс-форму.
. Практика эксплуатации вулканизаторов ВВ, ВПМ, ФВ и прессов ШІВМ показала, что их надежность, долговечность, а главное качество вулканизации и формования шинных, резинотехнических и пластмас-- совых изделий определяется .прежде всего жесткостью и прочностью несущих элементов конструкций и узлов.
В вулканизаторах ВВ, ШМ и ФВ из-за высоких распорных усилий при вулканизации покрышек при недостаточной жесткости камер и бай-, онетного кольца пресс-форма раскрывается, что приводит к утечке резиновой смеси в разъеме формы и образованию облоя, а также к возникновению разнотолцинности покрышек и к нарушению статической и динамической балансировки колес и, как следствие, к преждевременному их износу, особенно в современных скоростных автомобилях.
Те же явления наблюдаются при недостаточной жесткости силовых плит,, колонн и фланца силового гидроцилиндра пресса ПЛВМ. Происходит раскрытие стыка пресс-форм.
Недостаточная жесткость и прочность узлов механизма впрыска и пластикации /шнек, материальный цилиндр/ ускоряет износ пары' шнок-цилиндрр увеличивает переток резиновой и пластической массы .по гребням витка, что снижает производительность пластикации, а при дозировании во времени - уменьшает точность дозирования и, следовательно, ухудшает качество изделий.
, Недостаточная прочность камер вулканизаторов, плит, колонн, силового гидроцилиндра прессов, шнеков и материальных цилиндров литьевых механизмов приводит к ошибочному определении их ресурса.
Завышенная жесткость камер, плит, колонн, шнеков и цилиндров ведет к увеличению их металлоемкости и ухудшает условие теплообмена между термостатируюцей жидкостью и резиновой смесью.
Отсюда вытекает, что исследование напряженно-деформированного состояния /НДС/ перечисленных выше наиболее ответственных деталей и узлов конструкций вулканизационного, прессового и литьевого
оборудования представляет несомненный практический интерес.
Трудоемкость решения этих задач определяется отсутствием точных аналитических и приближенных методов расчета на прочность и жесткость конструкций разнообразных геометрических форм, с различными концентраторами напряжений. Эта проблема весьма актуальна и не может быть решена без точной и корректной постановки и решения сложных задач по расчету на прочность и жесткость не только отдельных элементов вулканизационного и литьевого оборудо. лия, но и их конструкций в целом.
Целью настоящей работы является решение крупной народно-хозяйственной проблемы, связанной с созданием инженерных методов расчета на прочность и жесткость основных элементов конструкций вулканиваторов, прессов и литьевых машин для производства резинотехнических и пластмассовых изделий.
Научная новизна работы:
предложены аналитические и численный метода расчета ІЩС камер вулканизаторов при различных краевых условиях, позволяющие оценить эффекты концентрации напряжений в зонах ребер жесткости и зубьев в зависимости от числа усиливающих камеру зубьев;
определены соотношения изгибной жесткости плит и колонн литьевых прессов, обеспечивающих каибольшуп жесткость конструкции. Установлена существенная зависимость ВДС плит прессов от условия гас сопряжения с колоннами;
разработан метод расчета.на прочность, жесткость, устойчивость и колебания шнеков с учетом перепада давления по их длине, сил трения и разрывности витков. Показано, іто приме .ние разрывных витков позволяет создать конструкцию шнеков большей жесткости, увеличить их долговечность и существенно улучшить качество пластикации перерабатываемой смеси, а следовательно, и качество изделия;
впервые предложена конструкция и разработана методика расчета двухслойного материального цилиндра с кольцевыми канавками для охлаждения перерабатываемой смеси. Показано, что такой цилиндр экономичнее традиционного однослойного и его применение позволит , продлить срок службы материальных цилиндров, и исключить нежелательное явление подвулканизации резиновой смеси;
разработаны и предложены оригинальные экспериментальные установки по определению напряжений и перемещений в плитах пресса ПЛЗМ и шнеках литьевых машин.
Практическая значимость работы.
1« Разработанные методы расчета на прочность и жесткость основных несущих элементов камер вулканизаторов, литьевых прессов и машин позволяют оцэнить их статическую и циклическую прочность и обеспечить необходимую жесткость для получения безоблойных изделий.
2. Результаты диссертационной работы использованы и внедрены в процессе выполнения основной тематики научно-исследовательского института резино-технического машиностроения /ВНИИРТмаш, г. Тамбов/ в следующих видах резинотехнического и вулканизационного оборудования:
-
Пресс литьевой вулкакизационный ПЛШ-2000/400.
-
Пресс литьевой вулканизационный ПЛВМ-6000/630.
. 3. Линия роторная литьевая вулканизационная ЛРЛ-1500/400-4. 4о Линия роторная литьевая вулканизационная ЛРЛ-І25/63-І4. 5о Линия роторно-конвейернал автоматическая для производства обрезиненных автокамерных вентилей типа ЛБ.
-
Агрегат литьевой для полиуританов АЛЕПу.
-
Вулканизаторы типа ВВ-І5ОД, ВВ-І80Д, ШМ2-І00, ВПМ2-200.
В настоящее время перечисленное оборудование внедрено и работает на шинних и резинотехнических заводах в Москве, Воронеже, Барнауле, Омске, Чеыкенте, Волжском, Чехове /Московской области/, Бобруйске, Набережных Челнах и др. Экономический эффект от внедрения составил более двух миллионов рублей.
Автор защищает
Аналитические и численные методы расчета 1!ДС элементов камер вулканизаторов ВВ, HIM, ФВ, гладких и оребренных плит прессов ПЛВ и колонных прессов ПЛВМ в целом, силовых гидроцилиндров с прямоугольным /квадратным/ фланцем, шнеков и материальных двухслойных цилиндров литьевых машин.
' Математическое и программное обеспечение решения задачи изгиба силовых плит средней толщины с учетом деформации поперечного . сдвига по ЖЭ /методу конечных элементов/.
Принципиально новую конструкцию двухслойного материального цилиндра с кольцевыми канавками > для охлаждения литьевых
"машйнТ .
Экспериментальные методы исследования НДС в элементах констр - ций вулканизационного, прессового и литьевого оборудования.
Применение разработанных методов для решения инженерных зада
Личное участие автора
Основная часть результатов получена лично автором. В проведении экспериментальных работ на натурных изделиях принимали участие сотрудники ВНЯИРТмаша, г.Тамбов.
Апробация работы и публикации
Результаты диссертационной работы докладывались на ІХ.ХДІ, ХП научно-технических конференциях ТИХМа, г.Тамбов, 1972,т973, 1974,1975 г.г.; на Республиканской конференции "Процессы и аппараты производства полимерных материалов",Тамбов, 1974г.; на Всесоюзной научно-технической конференции "Процессы и аппараты производства полимерных материалов, методы и оборудование для переработки их в изделия", Москва,І9Б2, 1986г.; на 23 Всесоюзной конференции МГТУ им.Баумана, Москва, 1990г1$ на I - УШ научно-технических конференциях ВНО ТВВАИУ им.Ф.Э.Дзержинского, Тамбов^ ТВВАИУ, 1Э79-1985; на секции "Червячные машины и литьевое оборудование" ВНИИРТмаша, Тамбов, 1992; на 1-й международной конференции по экранопланач, K3I-I-93, Иркутский государственный университет, Иркутск, 1993.
Список публикаций, отражающих основное содержание диссертации, приведен в конце автореферата.
Структура диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложения,' .