Диссертация (Повышение плавности хода транспортных и транспортно-технологических машин внутренним подрессориванием колес), страница 9

После анализа информации о свойствах этого материалабыло выяснено, что аналогами полиуретана СКУ-Ф-Э4 являются СКУ-7Л [9, 136,139], Elastollan 1185 A и Elastollan C 85 A [138]. В исходной базе данных материалов полиуретаны СКУ-Ф-Э4, СКУ-7Л или их аналоги отсутствуют. Поэтому в базу данных COMSOL потребовалось добавить новый материал, который включаетв себя все необходимые показатели для расчета модели с учетом сверхупругихсвойств материала.68Задаваемые параметры материала упругого элемента КВП:•модуль упругости (Young’s modulus [E]) – 2,82 MПa;•коэффициент Пуассона (Poisson’s ratio [nu]) – 0,499;•плотность (Density [rho]) – 1259 кг/м3;•параметр Mooney-Rivlin C01 (Model Parameter [C01]) – 0,138 МПа;•параметр Mooney-Rivlin C10 (Model Parameter [C10]) – 0,552 МПа;•параметр Mooney-Rivlin C11 (Model Parameter [C11]) – 0,15 МПа.При расчетах используется стандартная сетка с параметрами по умолчанию,однако при необходимости получения более достоверных результатов расчетаточность сетки можно увеличить.В исследование добавлен, как стационарный расчет (Stationary Study), в котором предполагается, что нагрузка во времени не меняется, так и параметрический расчет по списку нагрузок (Parametric Sweep), он позволяет выполнить моделирование для разных значений нагрузок.

Результаты расчета деформации упругого элемента КВП в диапазоне действующих вертикальных нагрузок Pz от 0 до3200 Н с шагом варьирования 320 Н приведены в таблице 3.1.Таблица 3.1 – Результаты расчета деформации упругого элемента КВПВертикальная деформацияВертикальная нагрузка,действующая на диск КВП (Pz), Н упругого элемента КВП (∆), мм320,001,05640,002,10960,003,141280,004,251600,005,451920,006,652240,008,052560,009,822880,0012,033200,0014,34Образец эпюры распределения перемещений, полученной при воздействиина диск КВП вертикальной нагрузки Pz= 960 Н, показан на рисунке 3.4.

На эпюрудобавлен вывод деформированного состояния (Deformation) и максимального69значения перемещения (Max).((Пример отчета программы COMSOL по итогамрасчета упругого элемента КВП приведен в Приложении Е)..Рисунок 3.44 – Эпюра распределения перемещений модели КВПРисунок 3.5 – Характеристика упругости модели КВП70Полученные результаты расчетов позволяют построить характеристику упругости внутреннего подрессоривания колеса (рисунок 3.5), и следовательно определить коэффициент нормальной жесткости cв упругого элемента КВП.Коэффициент нормальной жесткости упругого элемента КВП cв находится вдиапазоне 223...306 кН/м, при этом характеристика упругости имеет регрессивный характер.Результаты, полученные на данной модели, с достаточно большой степеньюточности соответствуют результатам экспериментальных исследований.Целесообразным считается продолжить исследование деталей модели навоздействие других видов нагрузок, например, таких как крутящий момент, неравномерное воздействие вертикальной нагрузки, различные углы вектора силы идр.

Также имеет смысл подключить другие модули физики (Physics), такие какизучение влияния температуры на свойства объекта (Thermoelasticity) или исследование реакции модели на вибрации (Geometrical Acoustics).3.4 Особенности технологии изготовленияколеса с внутренним подрессориваниемПосле проведенных исследований на моделях КВП с полиуретановыми эластомерами СУРЭЛ ТФ – 228, СУРЭЛ ТФ – 235, СКУ-Ф-Э4, Дуотан QA980 и др.,для изготовления упругого элемента КВП был выбран литьевой полиуретановыйэластомер горячего отверждения СКУ-Ф-Э4 Марка В [110].СКУ-Ф-Э4 – преполимер (форполимер) на основе сложного полиэфира итолуилендиизоцианата (ТДИ). Назначение форполимера – производство литьевыхуретановых эластомеров и покрытий в различных отраслях промышленности.Эластомер обладает масло-, бензо- и износостойкостью.

При отверждении соответствующими ароматическими диаминами даёт эластомеры с твёрдостью поШору 50…60 А. Температура эксплуатации от -30 °С до +80 °С.71При изготовлении КВП с упругим элементом из полиуретановых эластомеров необходимо соблюдать различные технические и технологические условияизготовления полимерного материала.Дегазация.

Для получения однородных изделий преполимеры перед смешением с отвердителем необходимо дегазировать. При возможности, (насколькопозволяет жизнеспособность реакционной смеси) дегазацию следует продолжатьпри смешении с отвердителем и некоторое время после смешения.Дегазация осуществляется перемешиванием преполимера при температуре80…100 °С и абсолютном давлении 200…600 Па.

Дегазация завершается, когдапрекращается интенсивное пенообразование. Время, необходимое для дегазации,зависит от количества и температуры преполимера, размеров и формы емкости,глубины вакуума, от количества захваченных газов. Для каждого конкретногослучая время дегазации должно определяться экспериментально.Объем емкости для смешения должен, по меньшей мере, вдвое превосходить объем преполимера, чтобы обеспечить свободное пространство для вспенивания.Нагрев преполимера не следует продолжать дольше, чем требуется для дегазации. Длительный нагрев может привести к потере реактивности, повышениювязкости и преждевременной желатинизации смеси.Смешение с отвердителем.

Преполимеры могут перерабатываться методами ручного или машинного смешения. Критериями для выбора метода переработки являются размеры изделий, реактивность преполимера, метод литья. Ручноесмешение удобно при литье небольших изделий различной твердости, а такжепри применении метода компрессионного литья.Качественное смешение имеет решающее значение для обеспечения однородности и воспроизводимости свойств эластомеров. При плохом перемешиваниивозможно разделение фаз.

Это особенно вероятно в случае, когда компонентызначительно различаются по плотности. Стандартные отвердители диаминноготипа хорошо растворяются в преполимерах, однако в случае низкой жизнеспособности, может не хватить времени для обеспечения качественного смешения.72Время смешения зависит от количества и активности преполимера, гидродинамического режима, температуры.Конструкция мешалки и гидродинамический режим смешения должныобеспечить эффективное перемешивание без захвата воздуха (не должно быть«воронки» у вала мешалки).Повторная дегазация для удаления воздуха, захваченного при смешенииосуществляется в течение 1…2 минут.

Системы с жизнеспособностью менее 5минут повторной дегазации не подвергаются.Литье. В зависимости от формы и размеров изделий, массовости производства, степени автоматизации, наличия специального оборудования и специфических требований могут применяться различные методы литья.Традиционные методы литья включают инжекционное литье, компрессионное литье, литьевое прессование, ротационное литье, центробежное литье, вакуумное литье, реактивно-инжекционное литье и др.При изготовлении колеса с внутренним подрессориванием применялось открытое литье. Открытое литье – простейший и наиболее экономичный метод литья, не требующий дополнительного оборудования.

Смесь преполимера с отвердителем заливается в открытую форму и выдерживается в ней при заданной температуре до отверждения. Необходимое условие – заполнение формы без захватавоздуха – обеспечивается минимизацией расстояния до формы.Большие детали могут быть изготовлены методом открытого литья, несмотря на то, что отдельные части отливки могут перейти в гелеобразное состояние дополного заполнения формы. Свежий материал хорошо связывается с гелем, еслимежду заливками проходит немного времени. Главное – обеспечить отсутствиепузырей на границе раздела фаз.Перед заливкой форма должна быть обработана антиадгезивом. Если вформе происходит обрезинивание металлических деталей, соответствующие поверхности должны быть обработаны праймером для улучшения адгезии.Для получения однородных изделий форму рекомендуется нагревать дотемпературы отверждения.

Если в процессе заливки форма охлаждается, для ком-73пенсации охлаждения ее необходимо предварительно прогреть до более высокойтемпературы.Линейная усадка при отверждении преполимеров СУРЭЛ составляет примерно 1…2 % при любом методе литья. Эту величину следует принимать во внимание при проектировании формы. Необходимо иметь в виду, что направлениеусадки – внутрь от стенок формы и вставки внутри формы.Поскольку усадка имеет в большей степени термическую, а не химическуюприроду, она увеличивается с ростом температуры и экзотермического эффекта.

Внекоторых случаях, при изготовлении деталей сложной формы, даже незначительная химическая усадка может явиться причиной напряжений, вызывающихпоявление внутренних дефектов изделия. В этом случае температуру смешения итемпературу формы рекомендуется понизить на 5…10 °С по сравнению с температурой отверждения. Расширение полимера в форме позволит нейтрализоватьэффект химической усадки.При переработке преполимеров с мощным экзотермическим эффектом возможна ситуация, когда температура внутренней части отливки будет выше температуры части отливки, находящейся в контакте с формой.