автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Разработка конструкции и технологии изготовления резино-армированных пневмодомкратов повышенной грузоподъемности

<9 с

На правах рукописи

Ш А Л Ь Н £ В ОЛЕГ ВАСИЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНО-АРМИРОВАНЕЯ ШЕВМОДОЖРАТОВ ПОШШШНОЙ ГЕУЗОПОДШгЮСТИ

05.17.06 - Технология и переработка пластических ыасс,эластомеров и композитов

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕШИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

Москва - 1396 г.

Работа выполнена в Акционерной обществе открытого типа Научно-исследовательский институт резиновой промышленности (АО НИяШ)

Научный руководитель: доктор технических наук,профессор Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор доктор химических наук,профессор Ведущая организация: Всероссийский НИИ по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций (ВНИИ ГОЧС)

Защита диссертации состоится " ноября 1996г.

в " /<£—0 "часов на заседании

диссертационного совета Д 063.41.04 при Московской Государственной Академии тонкой химической технологии ш.М.Б.Ломоносова по адресу: 119831,г.Москва.М.Пироговская ул. ,д.1. Отзывы на автореферат отправлять по адресу: 117571,г.Москва,проспект Вернадского,д.86,ШГГЛТ ш.М.Б. Ломоносова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке.

Академии тонкой химической технологии (М.Пироговская ул.,д.1)

Автореферат разослан " /У" 1956г.

Б.М.Горелшс

Л.Н.Юрцев Ю.С.Зуев

Ученый секретарь диссертационного совета,доктор физико-математических наук,профессор

Б.Б.Шевелёв

ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Современная тенденция развития техники в направлении увеличения удельных нагрузок,снижения габаритных и весовых характеристик,повышения безопасности и ресурсов работы разрабатываемых машин и агрегатов,требует поиска новых подходов к решению актуальных проблем создания новой техники,в том числе спасательных оболочечных конструкций и силового пневмоинструмен-та для проведения поисково-спасательных,аварийно-восстановительных и других неотложных работ при авариях на транспорте,в зонах чрезвычайных ситуаций.

Диссертация посвящена решению одной из важнейших научно-технических проблем - разработке конструкции и технологии производства высоконапорных оболочечных конструкций из властомерно-армированных композитных материалов - резино-армированных пнев-модомкратов (ПД) повышенной грузоподъемности.

Актуальность проблемы

Ежегодно в мире гибнет сотни крупных и тысячи мелких судов. Одной из причин их гибели является недостаточная эффективность средств борьбы за живучесть судов,аварийные ситуации на которых часто перерастают в катастрофы.Такими авариями являются,например,посадка на мель,требующая форсированных спасательных работ.

Снятие судна с мели является одними из наиболее сложных видов спасательных операций, так как включает в себя элементы борьбы за живучесть,судоподъема,буксировки в условиях потери плавучести и малых глубин.

Появление новых типов судов,увеличение их водоизмещения, размеров, скоростей - не позволяют применять традиционные методы для ускорения спасательных и аварийно- восстановительных работ.

Решение этой проблемы предлагается с помощью силовых оболочек

Общие технические требования к пневмоконструкциям позволяют создавать комплексные методы борьбы за живучесть аварийного транспорта,а единый подход к проектированию и технологи! изготовления - создавать ноше типы спасательных напорных обе лочечных конструкций (НОК),низко- и высоконапряженных,позводе кцих в чрезвычайных ситуациях обеспечивать спасение и ввакуап людей {повышение плавучести и остойчивости аварийных плавсредс подъем, и перемещение аварийных транспортных объектов и т.п.

Актуальность проблемы определяется необходимостью создав эластичных подъемников (ЗЕО.как эффективных средств ликвидащ последствий чрезвычайных ситуаций и проведения исследований л повышению их рабочих характеристик.

Цель работы

Целью настоящей работы явилось:создание резино-армировав ных пневмодомкратов повышенной грузоподъемности; определение е рабочих характеристик в условиях эксплуатации ¡разработка новк подходов к конструированию и технологии изготовления ПД на ба серийного производства;изучение влияния технологических свойс армирующего материала,защитного резинового покрытия,адгезионного подслоя,соединительных швов,раскроя геометрических форм оболочек на эксплуатационные свойства ПД.

Научная новизна

Применен новый подход к конструированию и разработке тех нологии промышленного производства шеоконапорных оболочек,ос новакный на отходе от равнонапряяенных форм оболочек вращения с криволинейными швами в пользу неравнонапряженных прямоуголь

ных б плане ЫОК с прямолинейными швами.Такой подход направлен на:обобщение расчетных схем различных форм оболочек;упрощение расчета натяжения составных, сложных и деформированных форм; повышение степени использования прочностных свойств материала и стыка конструктивными способами.что равносильно созданию нового материала;снижение, отходов материала при раскрое;сокращение протяженности швов и повышение возможности механизации технологического процесса,что не менее чем вдвое позволяет снизить трудозатраты при изготовлении ПД.

На уровне, изобретения (а.с. 1758297) разработаны конструкция и способ применения пневматических домкратов из вулканизованного резино-армированного материала клеепрошивным способом изготовления с использованием силовых разгружающих элементов (См..рис. _Г),грузоподъемностью до 200 тс.

Для количественной оценки уровня эксплуатационных свойств предложен новый показатель полезного использования работы давления и объема ПД в зависимости от соотношения геометрических размеров.

На базе уравнения энергетического равновесия системы "оболочка - рабочая среда- масса груза" установлена зависимость рабочих характеристик ПД от номинальной прочности материала .размеров оболочки и величины избыточного давления рабочего газа.

Установлено при построении круговой диаграммы податливости материала,что при традиционном лекальном раскрое за счет перерезания нитей основы под различными углами при сборке теряется свыше ЪЪ% (для высокомодульных материалов) и более 70? (для низкомодульных) от номинальной прочности армирующей ткани.

Определена методом математического планирования эксперимента зависимость прочности клеевого ива от площади нахлеста

Рис.1 Конструкция пневмодомкрата МДО-50. а) общий вид; б) продольный разрез

(1-3 - камеры,4- штуцер,5- заглушка,6- пробка,7- защитная лента,8- шов,9- силовой пояс,10- фланец,II- шнур)

и податливости материалов,устанавливающая пути создания равнопрочных соединительных швов.

Для установления эпюр натяжения поверхности оболочки впервые применены метода физического моделирования механизма формообразования НОК с использованием закономерностей напряженности силового поля давления слитого газа и свойств овалов Кассини.По аналогии с формированием ветвей гипоциклоиды впервые установлена геометрическая закономерность образования складок и предложено условие складкообразования деформированной (линзообразной) оболочки.

Новизна разработки конструкции и методов использования ЭП в эксплуатации подтверждена 8 авторскими свидетельствами.

Научные результаты работы составили основу проектирования эластомерно-армировавных пневмодомкратов.

Практическая ценность

На основании проведенных исследований разработаны и серийно изготовлены оригинальные морские мягкие домкраты для снятия судов с мели трех типоразмеров: 50,150 и 200тс.

Разработана промышленная технология изготовления высоконапорных оболочечных конструкций из вулканизованных материалов, на основе- серийных: полиамидной армирующей ткани с одно-и двухсторонним резиновым покрытием;изопреновых и хлоропреновых каучуков;резиновых клеев и швейных капроновых нитей.

Повышена степень использования прочностных свойств конструкционных резино-армированных материалов (РАЮ до (70-85)$ и прочность соединительных швов;более, чем на ЗС$ снижены отхода материала при прямолинейном раскрое деталей;не менее чем на 50£ снижены трудозатраты за счет снижения протяженности швов и возможности механизировать промежуточные операции сборки ЦД.

На основания Решения межведомственной комиссии от 09.12. в 1992 году на Лисичанском завода резино-технических изделий серийное производство внедренн технология и рабочая документа ция на опытно-промышленную партию мягких домкратов МДМ. 00 в комплекте из трех типоразмеров в количестве 10 изделий. Решеш государственной комиссии мягкие, домкраты МДМ. 00 приняты на вс оружение в поисково-спасательную службу ВМФ.Эластомерно-армщ ванные спасательные ПД (типа ЭСД-500) разработаны для формирс ний в зонах чрезвычайных ситуаций по заданию ШШ ГОЧС.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены на научных конференциях:

НУ научной конференции молодых научных, работников инста тута водного транспорта (г.С-Петербург,1980г.);

УП,УШ,11 Дальневосточных конференциях по мягким оболочкг (ДВК.Е1А,г.Владивосток,1983,1987,1991гг.);

Всесоюзных научно-технических конференциях (ШТО им. А.Н .Крылова, г. Феодосия, 1990г., г. С-Петербург, 1992г., ДГН,г.Дне1 ропетровск,1991г.);

Международной конференции по каучуку и резине (г.Москва, 1994г.).

По материалам диссертации прочитаны доклады:

на заседаниях кафедр (ШГМ в СППУ,г.С-Петербург,1984, 1985гг.,НПЗ в МГАТ2Т,г.Москва,1995,1996гг.);

на секциях УС и НТС (АО НЖЗЛИ,г.Москва, 1983,1989,1996гз АО НИМ,г.Сергиев Посад,1983,1986,1991,1995,1996гг.,в/ч 2092 г.Ломоносов,Лек.обл. ,1987г. ,ЦНШ ТС,г.С-Петербург,1991г.);

на заводах РТИ (г.Ангрен,Узбекистан,1983г.,г.Барнаул,15Е г.Лисичанск,Украина,1988г.).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения,четырех глав,выводов, списка литературы (47 наименований),приложения.

Работа содержит 198 страниц текста, 56 рисунков,27 таблиц.

Содержание работы

Во введении дана общая характеристика представленной дис-сертации.Рассмотрены: актуальность исследованной проблемы,а также цель,научная новизна,практическая ценность выполненной работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрены общие сведения о ЫОК; особенности конструкции,технологии и технические характеристики (удельная грузоподъемность) Ш;формовая, неформовая, клеевая .сварная технологии производства полых НОК;применяемые материалы,соединительные швы и покрытия резино-тканевых материалов;природа взаимодействия оболочки с рабочей средой;условия складкообразования; основные принципы моделирования оболочек;критерии,методы формообразования и конструирования силовых Н0К;метода проектирования.

,"Выявлено, "что максимальная грузоподъемность ЗП,составляющая 73,4тс,принадлежит резино-армированным (арамидным корд-шнуром или металлокордом) по душкам, из готовленным формовым способом (" ^с/'сША) .ПД изготавливаются формовым,неформовым, клеевым способами и методом сварки армированных термопластов.

Из литературного обзора'выявлено также следущеё.;

Традиционный расчет элементарной теории оболочек представляется приближенным,неточность которого компенсируется высокими коэффициентами запаса прочности, из-за неопределенности механизма нагружения оболочки сжатой рабочей средой,применительно к ПД.

При традиционном проектировании исходной является равнона-пряженность во всех направлениях на всей ее поверхности,что опре-

деляется уравнениями равновесия (Лапласа).Остальные уравнения отражают специфику геометрии и нагрузку в каждом конкретном случае расчета. Эти расчетные схемы для поверхностей ПД не могут быть использованы из-за неопределенности и изменяемости деформированной под действием массы груза формы оболочки,что потребовало нового подхода к определению механизма напряжения оболочки сжатым газом и рассмотрению специфики формообразоваъ пологих оболочек.

Анализ показал,что существующий лекальный раскрой оболо* вращения приводит к снижению степени использования прочности свойств конструкционного материала,увеличению количества отхс из-за криволинейности деталей,неравномерности напряжения крж линейного стыка.

Установлено,что для гидроаэростатической модели сжатого газа,как сплошной среды в масштабах статистической физики,яв; пцейся цриближенной,где величинами в пределах 10% пренебрега! как погрешностями расчета,исключен учет влияния энергии взаимодействия частиц среда на замыкающую мягкую оболочку.Повто! предложено рассматривать молекулщзно-кинетическую модель ежа-го газа б масштабе молекулярной физики,соизмеримом с парамет] ми оболочек (мыльных пузырей) ,11а основании закона аддитивное: такую модель можно представить в виде пузырьковой - одноряда блока упругих плотно упакованных сфер равного диаметра. Это ш волило изучить механизм натяжения оболочки рабочим газом; иск: чить влияние на расчет начальной геометрической формы оболочз определить эпюру натяжений по поверхности и ожидаемую зону разрушения Ш.Возможность решить задачу упрочнения конструктивно-технологическими способами позволило считать технологи' ческие задачи наиболее важными при проектировании ПД.

Для определения путей повышения рабочих характеристик П,

различных форм установлена закономерность изменения параметров формообразования (соотношение размеров,площадь контакта) от работы объема и давления.

Для упрощения инженерного проектирования ПД, определения механизма напряжения оболочки сжатым газом,установления геометрической закономерности складкообразования использованы рабочие гипотезы:

о математической разрышости сплошности (дискретности) рабочей среды,при увеличении соотношения размеров НОК за пределы условия складкообразования;

об отражении напряжения силового поля давления сжатой рабочей среды натяжением деформированной поверхности оболочки, что может быть представлено вписанными модельными взаимодействующими равнонапряженными мыльными пузырями,диаметр которых равен высоте деформированной НОК.

На основании литературного обзора и в соответствии с целью работы сформулированы следующие задачи исследования.

1. Изучение зависимости прочностных и деформационных свойств— резино-армированного материала и соединительных швов от условий >• -нагружзния избыточным давлением и сжимающей нагрузкой."

2. Исследование влияния основных конструктивно-технологических факторов (формы и соотношения размеров оболочки,способа раскроя элементов конструкции, типа разгружающих силовых элементов, условий складкообразования) на рабочие характеристики и эксплуатационные свойства пневмодомкрата.

3. Разработка и исследование эксплуатационных свойств резино-армированных ЦД повышенной грузоподъемности из вулканизованной прорезиненной ткани.

4. Отработка научно-технических основ проектирования силовых НОК и спасательного пневмоинструмента.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассмотрены метода и выбраны объекты исследования.

Для отработки промышленной технологии изготовления ПД выбраны следующие объекты исследований: конструкционные резин тканевые материалы (каландрованнне и шпрединтованные) односло: ные и двухслойные,на основе низкомодульных (полиамидных) и вы сокомодульных (арамидных) тканей с одно- и двухсторонним покрытием резиновыми смесями на основе хлоропреновых и изопрено вых каучуков.с адгезионными подслоями,промазкой или пропиткой тканевой основы;образцы клеевых нахлесточных швов с различной площадью склейки,различной конструкции нахлеста из исследуемы материалов,изготовленных на серийном самовулканизующемся клее на основе натурального каучука.

Исследованы', отечественные и зарубежные аналоги ПД различной конструкции из различных материалов с помощью различны технологий производства (формовой.неформовой,сварной,клеевой) Для анализа технических характеристик и нормативных пока зателей образцов тканей и швов использованы стандартные метод исследований.Разрывная прочность и удлинение, образцов тканей для построения круговой диаграммы податливости определялась в соответствии с методикой ГОСТ 16010-90;стойкость к агрессиЕ ным средам резин и резино-тканевых материалов определялась в соответствии с ГОСТ 7335-90 по методике ГОСТ 9.030-74;прочное связи по ГОСТ 6768-75¡раздирающая нагрузка по ГОСТ 3813-72^

Исследования технических характеристик образцов ПД проведены с использованием методов:отпечатка,сечения,анализа и с стаЕления результатов стендовых и натурных испытаний.Воздейст вие внешних факторов воспроизводилось с помощью испытательног стенда,обеспечивающего нагруженное состояние и деформацию фор мы ПД под нагрузкой.Натурные условия воспроизводились на судс

разделе Мурманского порта,а также в сухом доке Мариупольского судоремонтного завода,при подъеме Еодозаливного понтона массой, до 800 тс.

Метод математического планирования даухфакторного эксперимента, вклшащий постановку задачи,планирование,проведение эксперимента и анализ результатов исследования с построением математической зависимости,как многофакторного параметра, применен для получения зависимости прочности клеевых швов от угла приложения растягивающей нагрузки к направлению нитей основы, а также площади пересклейки за пределами области исследования путем апроксимирования математической зависимости.При этом в соответствии с требованиями ГОСТ 15895-77 использован метод статистической обработки результатов эксперимента.

При разработке основ проектирования ПД использован метод пузырькового моделирования на базе физической и геометрической аналогий механизма формообразования мыльных пузырей.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена исследованию влияния рецептурных и конструктивно-технологических факторов на эксплуатационные свойства и производство ЭП.

Для отработки требований эксплуатации проведены сравнительные исследования стойкости "РАМ к действию агрессивных сред • на резиновые покрытия на базе серийных изопреновых (ИЕН 1370-9, ТР 50389) и хпоропреновых (51-1572-1,ТР 51-50287) каучуков.

С целью повышения степени использования исследованы прочностные свойства материала,путем построения круговой диаграммы "нагрузка-удлинение" в диапазоне углов приложения растягивающей нагрузки к направлению нитей основы образца резино-тканевого материала от 0° до 90° Ло данным исследований установлена линейная зависимость прочности ткани в диапазоне (0 - 15)°,что соответствует количеству целых нитей,участвующих в работе разрыва.

При этом снижение разрывной прочности составилогдля арамида -в 8 раз, для полиамида - в 3,5 раза(прочность связующего).

С помощью двухфакторного эксперимента определена математическая модель зависимости прочности стыка от угла приложена растягивающей нагрузки к направлению нитей основы и площади пере склейки соединительного шва для двух типов РАМ:высокомоду, ного (арамид) и низкомодульного (полиамид) .Установлена иденти ность характера моделей,представляющих поверхность гиперболического параболлоида,различающихся интенсивностью зависимости

У^ЩИЦ/ ХЬ-13,9 Х!<; (I )

Уг Л* - 3,2 4 ; (2 >

где и - разрывная прочность швов, соответственно высоко модульной и низкомодульной тканей;

Ху/, Х12 - количество нитей в соответствующих образцах;

Хг/, Аг? - площади склейки.

Графическая зависимость искомого параметра позволила опр делить возможность увеличения прочности стыка конструктивным способом.По результатам исследований выбран прямолинейный на-хлесточный клеевой шов,как наиболее технологичный и прочный д оболочки прямоугольной в плане.

Исследованные характеристики прямоугольных в плане НОК обладают повышенными значениями: не сущей способности, площади контакта со взаимодействующими грузами,рабочего объема;неравз мерным,легко определимым с помощью пузырьковой модели распрел лением натяжения от действия сжатой рабочей среда;высокой тез логичностью изготовления и эффективностью производства.

Новый подход к проектированию ПД,состоящий в отходе от равнонапряженных поверхностей Еращения позволил за счет прямс линейности соединительного шва повысить степень использования прочностных свойств РАМ на 70$ от номинальной прочности поли-

амидной ткани и на 85% - арамидной;снизить не менее,чем на 30% отходы от раскроя материала;за счет возможности механизации технологических операций,упрощения раскроя и уменьшения длины соединительного шва. снизить .трудозатраты .ло раскрои и сборке прямоугольных в плане оболочек не менее,чем вдвое.

Для определения •шзры натяжений на поверхности оболочки исследовались условия складкообразования деформированных НОК. Впервые установлена закономерность образования складок линзообразных оболочек вращения. Она оказалась аналогичной условию образования ветвей гипоциклоиды и, в отличие от складкообразования вытянутого овалоида ( описывается уравнением:

./<¿>9/г^^ (1^/5)= {£76, С з )

где/^-^/^у,)- радиус кривизны ободочки по акватору;

= А - радиус меридиана (вписанной модельной сферы).

.Выявлены условия, существования пневматической конструкции, которое являются основными критериями проектирования: замкнутый объем,непрерывная кривизна,предварительное натяжение избыточным давлением рабочей среды. В пределах граничного условия складкообразования (бесскладчатости) заданными свойствами обладают только поверхности овалоидов вращения (в частном случае сфера). Откуда геометрической моделью формообразования^ том числе деформированной) НОК впервые предложено преобразованное уравнение четвертого порядка семейства овалов Кассини,являющееся также обобщенным каноническим уравнением таких оболочек вращения,как сфера,овалодд,цилиндр,капля, тороид.Установлена связь конфигураций овалов Кассини с суммарными линиями напряженности силового поля давления двух взаимодействующих частиц сжатого газа (двух вписанных в ободочку мыльных пузырей) .Пузырьковая модель Брзхта впервые применялась при исследовании свойств кристаллов, а благодаря общей природе формообразования с пневмооболочкой такая

модель является идеальной для описания механизма взаимодействия рабочей среды с замыкающей ее НОК.Впервые пузырьковая модель использована для построения эпюры натяжения и расчета прочностных характеристик ЗИ( Рис.2).

Исследована грузоподъемность ЦД равного объема различных геометрических форы в зависимости от высоты подъема груза. Установлено,что расчетная грузоподъемность,как работа давления и объема .зависит от площади контакта оболочки с грузок, а через нее от. типа формы ДД (вытянутая или сплющенная) и максимальная у ЭП прямоугольных в плане (подушек).

Результаты стендовых испытаний опытных образцов ОД подушечной форш грузоподъемностью 4 и 10 тс,подтвердили зависимость грузоподъемности от величины рабочего давления,высоты подъема груза,соотношения геометрических размеров.Результаты отвечают расчетным и экспериментальным данным зарубежных аналогов.

Представлены результаты натурных испытаний опытных образцов морских ОД для снятия судов с мели, грузоподъемностью 50тс, 200 тс и 150то.В процессе испытаний отработана методика по организации спасательных работ,:исследованы предельные, режимы нагружения,' изучены эксплуатационные свойства ОД.

Ори снятии "объекта" с мели буксировочное, усилие, за счет применения ОД, снижено в (50-65) раз При потребности до 100 ш лектов мда.00 в год расчетный экономический эффект от внедрен: составил не менее 40 млн.рублей в год в ценах 1989 года.

Результаты экспериментальных работ использованы для разработки конструкции ПД повышенных рабочих характеристик за сче повышения степени использования номинальной прочности материала и конструкции,повышения точности проектирования и изменеш подхода к технологии изготовления.

Рис. 2. Формообразование мягких оболочек с помощью модельных мыльных пузырей,сопряженных по принципу плотной упаковки,как равнона-пряженных структур среды: а)сфера;б)вытянутый овалоид (цилиндр); в)сшшснутый овалоид (линза) ;г-,д)тороцда;е)гипоцшслоида.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ на основе данных экспериментальных исследований разработаны научно-технические основы конструирования и технологии изготовления резино-армированных пневмодом-кратов повышенной грузоподъемности.Обобщены технические требования к силовым НОК и спасательному пневмоинструменту.

Для обоснования нового подхода к разработке высоконапряженных силовых НОК установлен механизм взаимодействия оболочю со сжатой средой, согласно которому работа растяжения материале оболочки уравновешивает работы сжатия газа и внешней нагрузки:

( 4 )

где 7 - растягивающее погонное, усилие; ¿>р - избыточное рабочее, давление;

- радиус,объем и поверхность НОК соответственно; йу - распределенная масса грува; //-¿^ -высота подъема груза; р- параметры материала оболочки.

Физические и геометрические аналогии формообразования в условиях энергетического равновесия,по уравнению (4),использованы для создания методики проектирования ЦД. Энергетический ход позволил установить связь между_ работами объема и давленш внешней сжимающей нагрузки и натяжением замыкающей оболочки, при этом исключается влияние начальной формы оболочки и свойс: конструкционного материала.

„ Ог-'рР-^1 (5)

где -¿йг»И= ¿7-7^(6) - высота перемещения груза;

о

а~ь=е - радиус и полуоси сферы.

То есть, максимальная грузоподъемность ЦЦ независимо от геометрической формы является функцией площади контакта (с вне! ней деформирующей нагрузкой) и рабочего давления в оболочке.

Согласно принятым гипотезам в основу проектирования НОК предложены следующие положения.

1. Простейшими геометрическими формами НОК,отвечающими требованиям замкнутости,бесскладчатости и непрерывности кривизны, являются поверхности овалоидов вращения с соотношением размеров

в пределах граничного условия складкообразования^ частности сфера.

2. Расчетная сфера представляет собой равнонапряженную поверхность, огибающую поле, сил давления сжатого газа.Деформирующая форму внешняя сжимающая нагрузка снимает часть натяжения поверхности оболочки (за счет уменьшения свободной от контакта поверхности) .Для расчета натяжения деформированной оболочки предложена пузырьковая модель-однорядный блок вписанных сфер равного диаметра,который определяет ее натяжение..

3. Реальные НОК всегда неравнонапряженные-Погонные усилия натяжения оболочек простых форм являются наибольшими и,определяются по известному уравнению Лапласа,имеющему энергетическую природу.

4. Форма оболочки зависит от ее раскроя,который должен максимально использовать прочностные свойства конструкционного материала,снижать отходы производства и объем трудозатрат.

Сравнительные показатели традиционного и нового подхода к проектированию и технологии изготовления прямоугольных в плане высоконапряженных НОК приведены в таблице..

Новый подход к технологии изготовления ПД позволяет обеспечить их повышенные, технические характеристики за счет повышения прочностных свойств материала и стыков,что равносильно созданию ПД увеличенных геометрических размеров. Для неравнонапряженных форм оболочек вращения упрощен .инженерный расчет,исключающий влияние раскройной и начальной форм, обобщающий расчетную схему для любых форм оболочек (в том числе деформированных), у с танав-

- - - Таблица

Сравнительные показатели традиционного и нового подхода

к разработке технологии изготовления высоконапряженных" НОК;

Показатели

Различия подходов

Традиционный

Новый

1. Раскройная форма поверхности

2. Расчетная форме

3. Ограничения ис-У' пользования расчетной схемы

4. Внешний вид

Поверхность вращения 2 и 4 порядка

То асе

словия складкообразования

5. Объем в сложенном. СОСТОЯНИЕ

6. Собственная высота в исходном состоянии

7. Коэффициенты использования формы:

по грузоподъемности

по высоте подъема

по объему

8; Форш, выкройки

9. Степень использования прочности ткани

10. Потери материала при раскрое деталей

11. Условия раскроя £трудозатраты)

Равнонапрякенная поверхнсоть

Значительный

Более 4-х кратной толщины стыка

0,51 0,7 0,88 Яекальная

15$-+ 30£

до 30«

На раскройных столах по разметке, по шаблонам Г100% )

12. Необходимость специальных отметок (контрольные метки,надрезы,вырезы по кромке)

13. Возможность механизации(раскроя, пероховки, приклейки,при-катки)

Да

Ограничена

Составная форма прямоугольная в плане

Вписанная сфера

Ограничений нет

Наличие, морщин вдоль одной из осей симметрии

Незначительный

Более 2-х кратной-толщины стыка

1,0 0,66 1.0 Прямолинейная

до 100#

Нет

По разметке без шаблонов ( 50% )

Нет

Ограничения незначительные

ливащий методику проектирования НОК с помощью расчетной математической модели - вписанной в полость реальной оболочки одну, или несколько равнонапряженных упругих сфер равного диаметра, равного высоте оболочки, и рассчитываемую по уравнению Лапласа.

Для оценки полезного действия различных по конструкции 31 предложены критерии оптимизации в виде коэффициентов использования параметров формы оболочек в эксплуатации:

(?)

где; (б) - коэффициент использования формы по площади

контакта (грузоподъемности);

/ И

/сц- , (9) - коэффициент использования формы по давлению 1 (высоте подъема);

коэффициент полезного использования формы по объему (полезному действию).

Другим критерием оценки эффективности технологии изготовления явилась удельная грузоподъемность (отношение грузоподъемности ПД к его массе^которая для резино-тканевых Ш имеет наибольшее значение.

В работе, представлено описание технологического процесса изготовления морских мягких домкратов 2ДЩ.00 в условиях серийного производства.Особенность ПД, типа ВД,1-50,состоит в том,что для набора номинальной прочности материала оболочки вместо многослойного материала предложена многооболочечная конструкция ДД, содержащая три резино-тканевых оболочки целевого назначения (герметизирующая , силовая и защитная) из однослойной вулканизованной ткани,зафиксированные по углам домкрата одна в другой каждая.В углах герметизирующей камеры вклеены также штуцеры с заглушками или обратным клапаном и формообразующие резиновые пробки, герметизированные защитной лентой из прорезиненной ткани. Полотнища соединены клеепрошитыми или клеевыми швами, ориентиро-

ванными вдоль, меридиана (максимального натяжения оболочки)« На каждой камере размещены упрочняющие силовые резино-тканевы« пояса переменного сечения для снижения концентрации напряжени! прикрепленные перпендикулярно соединительному шву (также вдол: максимального натяжения).С двух сторон домкрата размещены фла] цы с такелажными петлямиССм.рис. I ).£ комплекте домкратов пр< дусмотрены съемные защитные чехлы для работ в контакте с агре< сивными средами.

Технологический регламент производства этих домкратов бы. разработан на опытном заводе. АО НИИШ и освоен в условиях серийного производства на Лисичанском заводе, резино-техничэских изделий (Украина) при изготовлении опытных партий и установочной серии домкратов, типа ВД}-50,ВД5-150 и ВДИ-200 (ТУ Заг-1-15

Рассмотрена техническая и экономическая эффективность использования ПД в операциях по снятию с мели аварийных судов, и раженная в сокращении не менее чем вдвое сроков проведения сш сательных работ за счет возможности оперативного транспортирования и разворачивания пневмодомкратов на месте аварии, сокращения объема подготовительных операций,снижения трудозатрат, уменьшения буксировочного усилия.

Опыт разработки резино-армированных ПД и их эксплуатации позволил нормировать общие технические требования к спасательным эластичным силовым конструкциям (СЭСК)-по воздействующим, факторам, параме триче ским рядам типоразмеров и рабочих характеристик ,и разработать конструкции эластомерно-арыированного пневмоинструмента (ЗИИ) :домкраты,подъемники,катки,пластыри,заглушки для труб и перемычки, бандажи и ограждения. Их многофункциональное применение позволяет создавать новые подхода к про! дению спасательных и аварийно-восстановительных работ.

ВЫВОДЫ ДО ДИССЕРТАЦИИ

1. По данным литературного обзора энергетическая взаимо- • зависимость свойств замыкающей НОК и сжатой рабочей среды определяет механизм взаимодействия оболочечной конструкции с внешними нагрузками,что требует введения в проектный расчет методов моделирования, другого_подхода к проектированию и технологии ДД.

2. Объектами исследования выбраны образцы конструкционных материалов и с тыков, используемых в отрасли пневмоконструирования; опытные образцы эластомерно-армированных ДД различных геометрических форм и размеров.

3. Установлена зависимость деформационно-прочностных свойств резино-тканевого материала от направления приложения растягивающих усилий к нитям основы.В диапазоне (0-15)° прочность материала падает в 8 раз у тканей на основе высокомодульного ара-мргдя и в 3,5 раза у тканей на основе низкомодульного полиамида. Предложен новый подход для проектирования высоконапряженных силовых КОК, заключенный в обосновании и использовании прямолинейного раскроя материала вдоль нитей основы ,что обеспечивает повышение степени использования номинальной прочности ткани технологическим путем на 85£ для арамидной и на 70$ для полиамидной ткани,вместо использования многослойных FALÎ повышенной прочности предложена многооболочечная конструкция ПД.

4. С помощью математической модели зависимости прочности клеевого шва от деформационных свойств (модульности) армирующей основы установлена возможность повышения разрывной прочности стыка технологическим и конструкционным способом,за счетоведения в основную ткань пропиточных составов,повышающих адгезию резинового покрытия к тканевой основе применения разгружающих силовых элементов переменного сечения;определенного расположения стыка относительно нитей основы соединяемых материалов.

5. С целью упрощения проектного расчета,для установления полей натяжения оболочки сжатой рабочей средой предложено при вести все традиционные расчетные схемы для различных геометрических форм НОК к обобщенной - сфероиду вращения,уравнения растяжения - к уравнению Лапласа реформированные формы - к пузырьковой модели.Дри атом преобразованное уравнение Кассини задающее кривизну деформированного меридиана,рекомендовано к использованию в качестве модели уравнения поверхности деформи ванной сферы.

6. С целью исследования эксплуатационных свойств ЦД пров дены стендовые и натурные испытания опытных образцов эласто-мэрно-армировакных домкратов:ЭДЛ-50,ПД-4,ПД-10,ЩЩ-150,ЩМ-20 Расчетно-эксперименталъннм способом определены рабочие характеристики (грузоподъемность) от соотношения геометрических па раметров (высоты деформированной НОК) и уровня рабочего давде. Установлена возможность сокращения трудозатрат и сроков прове дения аварийно-спасательных работ при снятии с мели аварийног "объекта" вдвое,в том числе снизить величины буксировочного усилия в (50-65) раз по сравнению с традиционными методами ра

7. Результаты работы внедрены в серийное производство на Лисичанском заводе РТИ.Домкраты типа ВД№-50,150,200 приняты н вооружение поисково-спасательной службы ВМФ. Эластомерно-арми-

рованный домкрат типа ЭСД-500,грузоподъемностью до 50 тс,при рабочем давлении сжатого газа до 0,7МПа,разработан для спасательных формирований в чрезвычайных ситуациях по заданию НИШ ГОЧС.

8. Полученные материалы обобщены и использованы при отработке основ проектирования высоконапорных сиговых оболочеч-ных конструкций,в том числа спасательного пневмоинструмента.

По теме диссертации опубликованы следующие работы.

1. Шальнев О.В.,Кальварский Л.М. .Данилов A.B. Мягкие подъемно-транспортные. конструкции./Др .Л1ШГ .-IS82 .-Был. I74.-C .107-112.

2. Погружаемое, в воду транспортирующее устройство Шеревод JÊ 9973//Бовина Е.А.,Шальнев О.Е./Вып.б.ЦШДСТЗнефгехим.М.-1982.-С.5, (РЖ). ......

3. Горелик Б.М. .Шальнев О.В. Об эксплуатационных свойствах мягких домкратов.//Ш Дальневосточная конф.по мягким оболочкам: Тез .докл.-Бладивосток.-1983.-С .13-16.

4. Шальнев О.В. .Горелик Б.М. Определение, рабочих характеристик резино-тканевых подъемников/Ар .НИИРП/ ЦНШТЭнефтехим - 1985.-Бып.11 .-С. 53-63.

5. Шальнев О.Б.,Асташов D.A. 0 технических характеристиках.мягких домкратов морских ЬЩ1.00//Всесоюзная научно-техн.конф.-ДГИ:-Тез.докл.-Днецропетровск.-1991-С.27.

6. Шальнев О.В. .Горелик Б.М. Расчет рабочих характеристик мягких домкратов с использованием пузырьковой модели мягких оболочек// II Дальневосточная конференция по мягким оболочкам:Тез.докл.-Владавосток.-1991-С.13.

7. Система показателей качества.Изделия резино-тканевые.Номенклатура показателей/Усова В.И. .Шальнев О.Б. и др. Отраслевой стандарт,ОСТ 38.05 375-85.М. :МНШ.-1985.-7с.

8. Горелик Б.М.,Овчинников Б.В..Шальнев О.Б. Аварийно-спасательные средства из эластомерных материалов и их возможности цри разработке новых методов борьбы за живучесть объектов техники и транспорта.//Сб.тез.докл.научно-практической конференции "Средства спасения - основные тенденции развития,состояния разработки и изготовления современных аварийно-спасательных средств и технология проведения поисково-спасательных работ "/Первая международная выставка "Средства спасения-94"-М.-НБЗ!Г0ЧС,1994-С.78-80.

9. Горелик Б.М. ,Шальнеав О.Б. Основы проектирования эластомер-ных домкратов.-М. :ЦКЖГЭне$техим,1954.-143с. (Производство PTI и АТИ:Тем.обзор).

10. Антонов В.А. Дергунов А.П. .Шальнев О.В. Эластичные пневмг тические. конструкции для гррщг? дредацщтий.//Горный журнал.-АК"й1ак-Инвест" ,1994.-^6.-0.30-31.

11. Шальнев О.В. .Горелик Б.М. Использование свойств силовых эластомерных конструкций при разработке спасательного оборудования и инструмента.//Производство и использование эласто-меров:ИС.-;<1. :ЦНШТЭнефгехим,1994.-И2.-С.14-19.

12. А.с.895853 СССР.МКИ3 В 65 G- 67/24.Эластичная оболочка дл? перемещения сыпучих материалов в емкости/Шальнев О.В. и др. (СССР)-1977.

13.А.с.869420 СССР.МКИ3 Р 16 L 9/18.Эластичный трубопровод/ Шальнев О.Б. и др. (СССР) - 1979.

14. A.c. 1758297 СССР ЖИ3 5 15 В 15/10. Пневматический домкрат/ Шальнев О.В. и др. (СССР) - 1992.

15. Шальнев О.В.,Горелик Б.М. Проектирование напорных мягких оболочечных конструкций с использованием физических и геометр ческих аналогий //Производство и использование эластомеров: ИС.-Ы.ЦНЖГЭнефгехим,1994.-Й6.-С.15-22.

16. Шальнев О.В. »Горелик Б.М. Пути повышения эффективности пневмоинструмента из эдастомерных армированных материалов.-Ы. :ЦНШТЭнефтехим, 1995.-II6с.(Производство РТИ и АТИ:Тем.обзс

Подписано к печати S.10.1996г.Зак.гё 8Д0,тир.70акз.Бесплатно

Отпечатано на ксероксе А0"Н1Е1РП",141312,Сергиев-Посад,п.НК1Р[