Влияние конструктивных параметров на жесткостные характеристики пневматических виброизоляторов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

А. В. ЦЫСС Г. С. АВЕРЬЯНОВ

Омский государственный технический университет

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ЖЕСТКОСТНЫЕ удк 624 04 ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ_

ПРОВЕДЕН АНАЛИЗ РАБОТЫ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ, КОТОРЫЙ ПОКАЗАЛ, ЧТО КОНСТРУКТИВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОКАЗЫВАЮТ СУЩЕСТВЕННОЕ ВЛИЯНИЕ НА ИХ ЖЕСТКОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ. ПОЛУЧЕННЫЕ В РАБОТЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЗВОЛЯЮТ СУЩЕСТВЕННО СНИЗИТЬ ЖЕСТКОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИБРОИЗОЛЯТОРОВ И ТЕМ САМЫМ УЛУЧШИТЬ ИХ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА.

В настоящее время механизм влияния параметров, определяющих жесткостные характеристики пневматических виброизоляторов, изучен недостаточно. В частности, практически отсутствуют исследования по влиянию конструктивных параметров виброизоляторов на величину их жесткости.

Для анализа влияния конструктивных параметров на жесткостные характеристики пневматичесих виброизоляторов представим виброизолятор в виде гибкой оболочки с жесткими фланцами, наполненной воздухом и нагруженной осевой силой <20 (рис. 1).

Но

Рис. 1. Схема пневматического виброизолятора с резино-кордной оболочкой. 1 - резинокордная оболочка; 2 - фланцы.

Работа виброизолятора определяется двумя основными характеристиками: грузоподъемностью и жесткостью. Номинальная грузоподъемность виброизолятора определяется по формуле [1]:

Q „ = Р..

' -м|ю

(1)

где Оо - номинальная грузоподъемность; Рм- номинальное избыточное давление; раФо" эффективная площадь оболочки. При изменении нагрузки на виброизолятор величина текущей грузоподъемности виброизолятора определяется зависимостью [2]:

QW = F* (х)

(Р- + Р.)

V(x)

-Р.

(2)

где СХх) - текущая грузоподъемность; Р (х) - текущая эффективная площадь; Ра - атмосферное давление;

начальный объем; \{х) - текущий объем;

х - величина деформации (перемещения) виброиэоля-

тора;

п - показатель политропы.

Продифференцировав уравнение (2) по перемещению х, найдем жесткость виброизолятора [3]:

(1х у(х) ах

Вместо зависимости (3) для определения жесткости часто применяют формулу [4]:

С(х) =

[Р„М

+ P.] n Fi

(х)

V(x)

+ 2*i*(x)P.

dx

(4)

где г (x) - текущее значение эффективного радиуса оболочки.

Как видно из зависимости (4), величину жесткости виброизолятора с резинокордной оболочкой определяют избыточное давление газа в оболочке, рабочий объем, эффективная площадь, приращение эффективной площади при деформации виброизолятора и величина показателя политропы. Все параметры, входящие в зависимость (4), можно разделить на две группы:

1. Конструктивные: давление газа, объем оболочки, эффективный радиус оболочки, объем полости оболочки, показатель политропы, эффективная площадь оболочки, исходная высота виброизолятора.

2. Технологические: угол закроя корда, число слоев корда, тип корда, марка резины, модуль упругости корда, толщина стенки оболочки.

Существенное изменение первоначальной формы оболочки при деформации виброизолятора, а следовательно, и эффективной площади усложняет анализ влияния конструктивных параметров на жесткостные характеристики виброизоляторов. С целью исключения влияния эффективной площади на жесткостные характеристики оболочек примем величину F = const, т.е. при проведении исследований рассматриваются виброизоляторы с цилиндрическими направляющими. В качестве объекта исследований приняты виброизоляторы с оболочками диафрагменного типа моделей Н-6 и Н-197, и с оболочками баллонного типа моделей И-15 и И-09. Технические характеристики исследуемых виброизоляторов приведены в таблице 1. На рис.2 и рис.3 приведены графические

Таблица 1

Параметры виброизолитора и резинокордной оболочки Виброизолятор с резинокордной оболочкой модели

H-I97 Н-6 И-15 \ И-09

Типоразмер, мм 340x65 571x168 200x110 150x75

Грузоподъемность, кгс 12000 10000 500 35

Давление, МПа 3.0 0,5 0.37 0,05

Деформации, мм 10 50 40 40

Объем, л 3,5 31 2.2 0,73

Элективный радиус, мм 159 464 65 48

Высота, мм 65 170 110 75

Частота колебаний, Гц 5.1 1,7 2,8 3.4

I Mm I (INI)

■

Л

Ч

2tMN) j_____

-1 1 J

. / j

10 21) M) 40 P„.

кг/сы*

a)

C, кг/им

p..

КГ/СК1"

C- KiAu

IS ,------r-

[X

.у

у

/ У

10

В Г

Рис. 3. Зависимости статической жесткости от величины объема виброиэоляторов: а) модель Н-197; б) модель Н-9; в) модель И-15; г) модель И-09.

0j---

-80 -60 -40 -20

20 40

60

80

Рис. 4. Зависимость жесткости виброиэолятора от деформации при различных дополнительных объемах: 1-Уд = 0; 2-\/<'»7л.

0 20 40 60 80 100

Рис.5. Зависимости собственной частоты колебаний виброиэоляторов от дополнительного объема 1 - модель Н-50; 2 - модель И-15; 3- модель-09.

I Р„. кг/см-

Рис. 2. Зависимости статической жесткости от величины давления виброиэоляторов: а) модель Н-197; б) модель Н-6; в) модель И-15; г) модель И-09.

Н, мм

Рис. 6. Зависимости жесткости от высоты виброиэолятора с модели И-02:1 - Q = 750 кг; 2-Q = 1000 кг; 3-Q=1200 кг; V »90 л; V = 14 л; V = 0 л.

А Д

зависимости статической жесткости исследуемых виброизоляторов при изменении давления и объема. Как следует из графиков, при увеличении давления жесткость виброизоляторов повышается, а при увеличении объема -уменьшается.

Изменение статической жесткости виброиэолятора с оболочкой баллонного типа мод. И-15 от деформации при различных значениях дополнительного объема показано на рис. 4. При отсутствии дополнительного объема, по мере увеличения деформации, жесткость прогрессивно возрастает на всем диапазоне рабочего хода виброиэолятора. При большом дополнительном объеме (кривая 4) жесткость виброиэолятора по мере увеличения деформации снижается. При средних объемах можно получить более выгодный характер изменения жесткости, когда она при положительных деформациях плавно возрастает, а при отрицательных - остается примерно постоянной.

Зная жесткость виброизолятора, можно определить и его собственную частоту колебаний. На рис. 5 приведены зависимости собственной частоты колебаний от дополнительного объема для виброизоляторов с оболочками баллонного типа. Путем увеличения дополнительного объема частота собственных колебаний виброизолятора может быть снижена до 1,25 - 1,3 Гц. Дальнейшее увеличение объема становится малоэффективным и практически трудноосуществимым.

Одним из возможных способов снижения жесткости виброизоляторов является уменьшение их высоты в статическом положении. При увеличении высоты виброизолятора с оболочкой баллоного типа ее эффективная площадь возрастает, поэтому при той же статической нагрузке внутреннее давление в оболочке должно бьпъ снижено. Уменьшением рабочей высоты виброизолятора можно также добиться повышения его грузоподъемности при том же рабочем давлении.

Например, для виброиэолятора с оболочкой баллонного типа грузоподъемность при рабочей высоте 200 мм составляет примерно 2000 кг, при высоте 170 мм увеличивается до 2200 кг, а при высоте 130 мм равна 2350 кг. На рис. 6 показано изменение статической жесткости в

зависимости от рабочей высоты для виброизолятора с оболочкой баллонного типа мод. И-02. Кривые построены для различных дополнительных объемов и статических нагрузок. Как видно из графиков, чем больше дополнительный объем, тем больше уменьшение жесткости виброизолятора при снижении его рабочей высоты.

Таким образом, проведенный анализ работы виброизоляторов показал, что конструктивные параметры оказывают существенное влияние на их жесткостные характеристики. Полученные в результате проведенных исследований результаты позволяют существенно снизить жесткостные характеристики пневматических виброизоляторов и тем самым улучшить их виброизолирующие свойства.

Ю. К. МАШКОВ

Омский государственный технический университет

А. Н.ЛЕОНТЬЕВ О. А. МАМАЕВ Г. А. АППИНГ

Омский танковый инженерный институт

УДК:621:62.192.242

Гусеничные и колесные машины различного назначения (транспортные, сельскохозяйственные, лесного и строительного комплексов) эксплуатируются в разнообразных дорожно-климатических условиях, определяющих режимы работы и нагружения деталей и узлов трения ходовой части машин. От надежности и конструктивного совершенства систем подрессоривания, гусеничного движителя и рабочих органов зависят скорость движения машин. Названные системы многоцелевых гусеничных и колесных машин (МГКМ) как правило, содержат опорные и поддерживающие катки, направляющие колеса, гидравлические усилители, амортизаторы и т.п., снабженные соответствующими герметизирующими устройствами с резиновыми уплотняющими элементами.

Особенности эксплуатации МГКМ создают весьма напряженные условия работы для подшипниковых узлов и уплотнений ступиц опорных катков, направляющих колес, а также для направляющих опор и уплотнений штоков гидроамортизаторов. Надежная работа в течение заданного ресурса подшипниковых узлов и направляющих опор в определяющей степени зависит от работоспособности резиновых манжетных уплотнений, защищающих внутренние полости ступиц и гидроамортизаторов от проникновения загрязнений и абразива из окружающей среды и утечек смазывающей и рабочей жидкости из внутренних полос-

Литература

1. Бидерман В.Л., Бухин Б.Л. Расчеты резинокордных пневматических амортизаторов // Расчеты на прочность: Сб. трудов,-М.:Машгиз, 1960.- Вып.5.-С. 15-58.

2. Бидерман В.Л. Механика тонкостенных конструкций,-М.: Машиностроение, 1977.-488с.

3. Бухин Б.Л. Теория тонких сетчатых оболочек вращения: Дис.... д-ра .техн. наук.-М., 1971.-309с.

4. Автомобильные шины // Конструкция, расчет, испытание, эксплуатация/ Под ред. В.Л. Бидермана.-М.: Госхимиздат, 1963.-384 с.

АВЕРЬЯНОВ Геннадий Сергеевич, к.т.н., доцент кафедры "Автоматические установки" ОмГТУ. ЦЫСС Альберт Валерьевич-аспирант кафедры «Основы теории механики и автоматического управления» ОмГТУ.

тей в окружающую среду. Попадание абразива во внутреннюю полость ступицы приводит к неконтролируемому катастрофическому износу подшипников, а утечки рабочей жидкости вызывают потерю демпфирующих свойств гидроамортизаторов и утрату машиной скоростных качеств при передвижении по плохой трассе и пересеченной местности.

Установлено, что в процессе хранения и эксплуатации в условиях значительных переменных нагрузок, скоростей и температур происходит неизбежное старение резины уплотнительных элементов, в результате которого изменяются химический состав, физическое состояние резины, приводящие к существенному снижению механических и триботехнических свойств. Старение является следствием физико-химических процессов диффузионного мас-сопереноса компонентов резиновой смеси, химической деструкции и механического разрушения в результате циклической деформации и трения. Химическая и механическая деструкция резины происходит в течение достаточно длительного времени в несколько лет, а изменения физического характера (релаксация внутренних напряжений, снижение прочности, набухание) происходят относительно быстро в течение нескольких суток.

Названные недостатки резины существенно снижают надежность и долговечность уплотнений ходовой части и

ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ УПЛОТНЕНИЙ ХОДОВОЙ ЧАСТИ ГУСЕНИЧНЫХ И КОЛЕСНЫХ МАШИН

АНАЛИЗИРУЮТСЯ ПРИЧИНЫ НЕДОСТАТОЧНОЙ НАДЕЖНОСТИ УПЛОТНЕНИЙ ХОДОВОЙ ЧАСТИ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН; РАССМАТРИВАЮТСЯ РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ И ИССЛЕДОВАНИЯ НОВОГО ИЗНОСО-СТОЙКОГО ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА И КОНСТРУКЦИИ КОМБИНИРОВАННОГО ГЕРМЕТИЗИРУЮЩЕГО УСТРОЙ-СТВА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ОПОРНЫХ КАТКОВ, НАПРАВЛЯЮЩИХ КОЛЕС И ГИДРОАМОРТИЗАТОРОВ ХОДОВОЙ ЧАСТИ.