Башта Т.М. - Машиностроительная гидравлика (1067403), страница 99
Текст из файла (страница 99)
вашта Под тонкостенными понимают трубы, в которых отношение наружного диаметра з( трубы к толщине з ее стенки удовлетворяет условию $ — ) з6. л При расчете прочности труб за толщину стенки принимают фактическую либо минимально возможную толщину с учетом принятого допуска на возможные колебания размеров. Толщину стенки с учетом отклонения в размерах диаметра и толщины стенки вычисляют по выражению р (з(+ ш) (467) 2сз а где ш = 0,3 — отклонение по диаметру трубы в зьк (ГОСТ 8784— 58); я = 0,9 — коэффициент, учитывающий отклонение по толщине стенки трубы (ГОСТ 8734 — 58).
Для толстостенной трубы (3 = Н/з(16), в которой напряжение изменяется от максимального значения на внутренней стенке до минимального на наружной стенке, применяют формулу Ляме: зз + 2з + 2зз с =р— Р 2з (д — з) (468) И4 Минимальную толщину стенки вычисляют по выражению зшш= 2(~/ ~~ — 1). (469) При расчетах на прочность трубопроводов и силовых цилиндров следует иметь в виду, что в случае мгновенного смещения управляющего устройства (распределительного золотника) заброс давления в напорной полости цилиндра и в трубопроводе может превышать давление в гидроаккумуляторе в 2 раза.
Усталостная прочность трубопроводов и нх соединений. Трубопроводы многих машин подвергаются одновременно нагрузкам статического и динамического характера'. К первым относятся рассмотренные статические нагрузки, обусловленные внутренним давлением жидкости, и нагрузки, развивающиеся при монтаже трубопровода, а также нагрузки, возникающие в результате температурных деформаций трубопроводов и элементов конструкции машины, к которым крепятся трубы. Ко вторым относятся нагрузки, возникающие при частотных деформациях (колебаниях) трубы, обусловленных пульсацией давления жидкости, гидравлическими ударами, а также колебаниями (вибрацией) самих трубопроводов, вызываемыми внутренними и внешними причинами.
Напряжения, возникающие в материале трубопровода, создаются суммой перечисленных составляющих, причем основное место в этой сумме эанимают составляющие, обусловленные динамическими факторами, и в особенности прн частотной их повторяемости. Наиболее существенным иэ этих факторов являются колебания (пульсации) давления жидкости, обусловленные кинематикой и особенностями режима работы насосов, а также забросы давлений, могущие воэникнуть по многим причинам, наиболее вероятными иэ которых являются гидравлические удары,.
наблюдающиеся при мгновенном срабатывании различных калапанов, и высокочастотные колебания давления, вовникающие при работе насоса в режиме кавитации (см. стр. 110). Пульсирующие давления жидкости, воэбуждаемые в трубопроводах, могут вызвать эначительные вибрации трубопроводов, причем особенностью вибрационных нагрузок, вызываемых пульсирующим давлением, является высокая их частота, достигающая нескольких сотен и даже тысяч герц. Влияние овальности сечения трубопровода. Наблюдения покаэывают, что эначительное число случаев раэрушеннй трубопроводов, и в особенности при пульсациях давления, выэвано нарушением цилиндричности поперечного сечения (налнчием овальности) последних.
В этом случае в отличие от деформации под давлением трубы круглого сечения, которая происходит лишь эа счет удлинения периметра ее сечения, деформация овального сечения происходит в основном эа счет изменения его формы, которая иэ овального сечения стремится под действием внутреннего давления жидкости к круглому, хотя не все точки периметра строго следуют этому вакону. Ввиду этого в точках наибольшей кривизны овального сечения вовникают высокие напряжения, величина которых зависит от сплющенности (овальности) поперечного сечения а Ь вЂ” а и характериэуется отношением й= —, или й'= — 100~', где а и Ь вЂ” раэмеры малой и большой осей овала. В соответствии с этим овальность сечения в условиях пульсирующего давления значительно снижает срок службы трубопровода; так, при й = 0,8 долговечность трубы при пульсирующем давлении может быть уменьшена в 10 раэ и более по сравнению с круглой трубой (й = 1).
Трубы иэ легированных сталей, как правило, допускают меньшую величину овальностн, чем из углеродистых сталей. На основании данных испытания, а также опыта эксплуатации установлено, что предельно допустимым значением овальностн для стальных трубопроводов распространенного раэмера является й' = 4 —: 5э4; для труб иэ нержавеющей стали Х18НЮТ принимают й' = 3,5 —: 4%. В равной мерв на прочность трубы влияет кривиэна нагиба.
Изогнутый трубопровод под действием сил давления жидкости стремится распрямиться; в результате чего в месте максимальной его крнвиэны могут воэникнуть значительные напряжения, Иб приводящие при частотных колебаниях давления к усталостным раарушенням. Поскольку в зоне максимальной кривизны обычно имеет место максимальная сплющенность (овальность) сечения трубы, эта зона является наиболее вероятным местом разрушения. По данным опыта на участках гидромагистрали, работающих в условиях высоких пульсирующих давлений, рекомендуется применять радиусы гиба Л > ЗЫ, где «(и Л вЂ” внешний диаметр трубопровода и радиус гиба его оси.
Сопротивляемость трубопровода усталостным нагрузкам значительно снижается при наличии монтажных напряжений, которые возникают в основном вследствие несовпадения осей сечений, в которых закрепляются' трубы с узлами их крепления, а также вследствие несоблюдения размерной точности. Монтажные напряжения могут также возникнуть в результате температурных деформаций. На величину предела усталости деталей из труб оказывают влияние также качество и механические дефекты их поверхности (риски, волосовины, закаты, вмятины), которые обычно являются концентраторами напряжений и понижают предел усталости, причем у труб из высокопрочных сталей это влияние сказывается сильнее, чем у ннэкопрочных.
Расчет усталостной прочности труб. Результаты испытаний показывают, что усталостная прочность труб значительно ниже прочности соответствующего материала, нз которого изготовлены эти трубы. В общем случае допустимое напряжение для труб, работающих в условиях усталостных нагружений пульсирующим давлением с амплитудой пульсации 40 ь 50»» рабочего давления, должно быть снижено примерно в 2 раза в сравнении с допустимым напряжением для труб, работающих в условиях статического нагружения.
Учитывая это, приближенные расчеты стальных труб можно производить для распространенных условий нагружения и качества изготовления труб по приведенным выше выражениям (466), (468) с 50«4-ным снижением допустимых напряжений. Практически при расчетах можно принимать, что предельно допустимое усталостное напряжение стандартной бесшовной трубы нз углеродистой стали «20» равно 4800 лГ/сз«» н нержавеющей стали 2100 кГ/см». Резонансные колебания трубопроводов. Рассмотренные вопросы усталостной прочности трубопроводов тесно связаны с их изгиб- ными колебаниями и в особенности с резонансными колебаниями, из которых наиболее вероятными и опасными с точки зрения разрушения являются иэгибные колебания. Эти колебания могут возникать в результате вибраций и относительного перемещения частей машины, к которым крепятся трубы, а также в реэуль.
тате воздействия на изогнутый трубопровод рассмотренных выше сил давления жидкости при пульсирующем их характере. мз Возникновение иэгибных колебаний в результате пульсации давления жидкости обусловлено тем, что иаогнутая труба будет стремиться под действием давления жидкости распрямиться; в результате при пульсирующем давлении жидкости иаогнутый участок трубы может вступить в иагибные колебания. При совпадении частоты пульсаций давления в гидросистеме с собственной частотой колебаний (или одной ив ее гармонна) рассматриваемого участка трубопровода воаникнут реаонансные колебания последнего, амплитуда которых может достигать 10 — 15 мм и более. Частота собственных колебаний какого-либо участка трубопровода зависит от ряда факторов и в частности от характера заделки его концов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
