Пояснительная записка (1231271), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

В инженерной практике довольно часто пользуются понятием статического модуля упругости Е_с, определяемого при малых скоростях деформации и выдержке под нагрузкой. Условно-равновесный модуль сдвига G∞ может быть найден исходя из зависимости между сдвигающим усилием Р и величиной деформации у₀ в направлении этого усилия.

Мгновенные модули Е₀ и G₀ для инженерных расчетов обычно определяют при высоких скоростях нагружения.

Модуль Юнга при этом выражают через объемный модуль

, (2.1)

где Р – давление, мПа;

– объемная деформация резины в замкнутом объеме ограниченном внутренними стенками цилиндра.

Коэффициент Пуассона

, (2.2)

где – относительная поперечная деформация;

– относительная продольная деформации.

Для определения коэффициента Пуассона рекомендуют зависимость

, (2.3)

где h и – геометрические размеры образца;

V – объем резины, при  = 0,5.

Найденные значения коэффициента Пуассона в условиях сжатия при сухом трении на торцах находились в пределах:  = 0,465….0,485.

Значения допускаемых условных напряжений в резинотехнических изделиях, предлагаемые различными авторами, для растяжения и сдвига отличаются в 11,4 раза, а для сжатия в 62,5 раза. Поэтому для конкретных РТИ, изготовленных из резины различных типов и твердости необходимо оценивать допускаемые условные напряжения с учетом деформаций сжатия, при комнатной и других значениях температуры, с учетом реальных коэффициентов формы (К) изделий и условий нагружения. За коэффициент формы изделия принимают отношение площади, на которую действует нагрузка, к свободной поверхности детали.

Определение твердости производят в основном на приборе ТМ-2 (твердость по ТИР) – путем вдавливания иглы в образец резины. Твердость по ТИР выражается в условных единицах (Шора), а шкала твердости имеет диапазон от 1 до 100. Для РТИ, имеющих коэффициент формы (которому соответствуют уплотнительные манжеты поршня тормозных цилиндров), использованы зависимости допускаемого условного напряжения [σ_доп] от коэффициента формы (К) и условий нагружения. Допускаемые значения напряжений и деформаций от твердости резины приведены на рисунке 2.11 [8].

Рисунок 2.11 – Номограммы для определения допускаемых условных напряжений и деформаций при нормальной температуре:a) допускаемыt условныt напряжения; б) деформация; I – постоянная статическая или низкочастотная (нединамическая) нагрузка; II – кратковременная нагрузка

Результаты анализа условий работы уплотнительных манжет свидетельствуют, что в эксплуатации они могут подвергаться комплексному воздействию различных факторов:

• температура окружающей среды и твердость резины, взаимосвязаны с работоспособностью РТИ;

• с понижением температуры, начиная с -10 °С объем резиновых манжет снижается на 9-12 %. При отрицательных температурах, в диапазоне от -20 °С до -40 °С, объем резиновых манжет снижается до 15 %, дальнейших изменений в объеме и твердости не наблюдается т.к. резина стеклуется (рисунок 2.10);

• изменение объема уплотнительной манжеты приведет к образованию зазора между стенками поршня и внутренней поверхностью цилиндра и утечки воздуха из тормозной магистрали [9]. Диаграмма уменьшения объёма резиновых манжет приведёна на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 – Уменьшение объёма резиновых манжет при температуре -30°С.

3 ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ МОДЕРНИЗАЦИИ ТОРМОЗНЫХ ЦИЛИНДРОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Цель модернизации: снизить воздушные потери из тормозной системы поезда, повысить гарантии безопасности движения.

Модернизация позволяет дополнительно решить следующие задачи:

• снизить время работы компрессора на восполнение воздушных утечек из тормозной магистрали поезда;

• уменьшить мощность, отбираемую компрессором от дизеля;

• снизить расход топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов.

3.1 Мотивация проведения мероприятий по модернизации тормозных

цилиндров

На отечественном подвижном составе для торможения применяются пневматические тормозные цилиндры. В процессе работы тормозных цилиндров происходит износ резиновых уплотнительных манжет на поршне. Вдобавок, климатические условия также влияют на уплотнение резиновых манжет. С уменьшением температуры окружающего воздуха объём резиновых манжет тоже уменьшается.

Вследствии этих двух причин происходит утечка воздуха через образовавшиеся зазоры. Место утечки воздуха показано на рисунке 3.1. Для достижения снижения утечек воздуха из тормозной магистрали поезда, в частности в тормозных цилиндрах подвижного состава, необходимо изолировать воздух высокого давления от резиновых манжет поршня. В связи с этим была теоретически разработана новая конструкция тормозного цилиндра на основе ТЦ усл. № 502 Б, представленная на рисунке 3.2.

Рисунок 3.1 – Место утечки воздуха в тормозном цилиндре

Рисунок 3.2 – Модернизированный тормозной цилиндр усл. № 502 Б: 1 – резиновая гофра; 2 – капролоновая втулка; 3 – дополнительная чугунная вставка

В модернизированном тормозном цилиндре добавлена резиновая гофра, в которую непосредственно будет поступать воздух из тормозной магистрали, она показана на рисунке 3.3. Следовательно, накачиваясь воздухом, гофра будет приводить в движение поршень тормозного цилиндра.

Рисунок 3.3 – Резиновая гофра

Для этого решения понадобилась дополнительная чугунная вставка, в которой будет располагаться гофра, она представлена на рисунке 3.4. Для уменьшения трения между поршнем и корпусом тормозного цилиндра и для лучшей износостойкости в конструкцию добавлена капролоновая втулка, представленная на рисунке 3.5. Копролан обладает высоким коэффициентом скольжения (см. п. 3.2), а следовательно резиновая гофра будет мало подвержена износу и вполне может быть использована в конструкции тормозного цилиндра с учетом функциональных назначений (работы) тормозного цилиндра.

Рисунок 3.4 – Чугунная вставка

Рисунок 3.5 – Капролоновая втулка

3.2 Основные физико-механические показатели капролона

Капролон (устаревшее название капролактан, капролактам) – конструкционный материал класса полиамидов – заменитель цветных металлов и их сплавов.

Капролон (полиамид 6) ТУ 6-05-988-87 устойчив к воздействиям углеводов, масел, спиртов, кетонов, эфиров, щелочей и слабых кислот. Растворяется в крезолах, фенолах, концентрированных минеральных кислотах, муравьиной и уксусной кислотах. Его особенностью является то, что он имеет низкий коэффициент трения, может работать без смазки в узлах трения, замечательный диэлектрик. Возможно производство капролона с добавлением графита (графитокапролон), он отличается тем, что имеет улучшенные антифрикционные характеристики за счет графитовой смазки.

Более 30 лет капролон успешно применяется в машиностроении, судостроении, энергетике, в химической, нефтяной и целлюлозно-бумажной промышленностях. Обладая химической стойкостью и нетоксичностью, капролон широко используется в оборудовании для пищевой промышленности.

Применяется в различных отраслях промышленности для изготовления деталей широкой номенклатуры:

• подшипников скольжения, втулок, облицовок, направляющих и вкладышей узлов трения, работающих при нагрузке до 20 МПа при смазке маслом, водой или всухую; снижают потери на трение;

• шкивов, блоков, колес и роликов грузоподъемных механизмов с тяговым усилием до 30 тонн, гидравлических тележек, кран-балок, транспортеров, конвейеров;

• корпусов, кронштейнов для различных приборов и автоматов, ступиц колес тележек, вагонеток, вакуумных и карусельных фильтров к которым предъявляются повышенные требования по ударостойкости;

• шестерен, звездочек и червячных колес для автоматов мойки бутылок, разлива и укупорки жидкостей, нанесения этикеток, комбайнов, приводов редукторов; снижают уровень шума и вибрации (до 15 ДБ);

• деталей уплотнения (взамен фторопласта) для дозаторов, сепараторов, арматуры, оборудования для РТИ и манжет для систем высокого давления (до 50 МПа);

• досок из капролона для обвалочных и разделочных столов для пищевой промышленности;

• деталей конвейерных линий рыбо- и мясоперерабатывающей промышленности, линий для производства напитков.

Детали из капролона изготавливаются свободным литьем: стержни, листы, круг, блоки, втулки.

Капролон выпускается двух марок "А" и "Б" и применяется для изготовления путём механической обработки блоков крупногабаритных толстостенных и мелкосерийных нестандартных изделий конструкционного и антифрикционного назначения.

Марка "А" применяется для изготовления ответственных деталей самолётостроения.

Марка "Б" применяется для изготовления конструкционных деталей машиностроения.

Указания по применению:

• Капролон Б является одной из лучших конструкционных пластмасс, сочетающих высокую прочность и эластичность в широком диапазоне температур, высокое усталостное сопротивление. Капролон обладает также высокими эксплуатационными свойствами, имеет низкий коэффициент трения в паре с любыми металлами хорошо и быстро прирабатывается, капролон в 6-7 раз легче бронзы и стали взамен которых он успешно применяется.

• Капролон Б является инертным материалом и может применяться в изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами, при условии предварительной обработки горячей водой в течении не менее 4 часов.

• Капролон Б подвергается всем основным видам механической обработки на металлорежущих станках – резанию, точению, сверлению, фрезерованию и шлифованию.

• Для снятия внутренних напряжений и во избежание растрескивания крупных изделий рекомендуется сложную обработку разделять на простые операции, в промежутках между которыми укладывать материал на 48 часов в воду.

• При длительном воздействии влажного воздуха либо воды капролон Б может поглощать до 1 – 4% влаги. При этом ударная вязкость увеличивается в несколько раз и уменьшается на несколько процентов твердость поверхности.

• Изделия из капролона обеспечивает надежную и бесшумную работу устройств и механизмов. Применение капролона в 1,5 – 2 раза снижает износ пар трения, повышая их ресурс.

• Капролон не подвержен коррозии, химически стоек, экологически чист.

Втулки из капролона обычно монтируются предварительно охлажденные сухим льдом или жидким азотом. Разработанные по расчетным размерам, они легко устанавливаются на место, сокращая трудозатраты и время монтажа в несколько раз, чем при установке бронзовых втулок.

Преимущества заготовок капролона:

• не требует термообработки (не содержат внутренних напряжений);

• широкий марочный ассортимент

• минимум отходов и затрат на мехобработку;

• ровные и гладкие поверхности, не содержит мономера, пор.

Ниже в таблице 3.1 приведены сравнительные характеристики капролона с другими материалами.

Таблица 3.1 – Сравнительные характеристики капролона с другими материалами

Показатель		Капролон		Текстолит		Фторопласт		Бронза
Плотность, г/см3		1,15 – 1,16		1,3 – 1,4		2,14 – 2,2		7,5 – 8,9
Твердость по Бринеллю, кг·с/мм2		13 – 15		25 – 30		3 – 4		60 – 75
Предел прочности, МПа, не менее		-		-		6,5 – 8,0		6,5 – 8,0
при растяжении	90 – 95		100		20 – 30		150 – 280
при статическом сгибе	80		100		11 – 14
при сжатии	100 – 110		150		12		150 – 280
Относительное удлинение при разрыве, %	6 – 20		1		350 – 500		3 – 8
Ударная вязкость без надреза, кДж/м2	120 – 150		30 – 35		100		100 – 160
Коэффициент теплопроводности, ккал·час·С	0,23 – 0,29		0,5 – 0,8		0,2		60 – 80
Температурный диапазон эксплуатации, С	50…+110		60…+105		120…+260		-
Коэффициент трения по стали: без смазки с водяной смазкой капролон графитированный	0,2 – 0,3 0,005 – 0,020,002 – 0,01		-		-		-

Указанные свойства, согласно таблице 3.1, предопределяют обширную область применения капролона как в качестве заменителя цветных и черных металлов, и других традиционных материалов (текстолита, резины и др.), так и в качестве самостоятельного конструкционного материала. Капролон подвергается всем основным видам механической обработки на обычных металлорежущих станках. Материал имеет высокую ударную вязкость и достаточную прочность, что является необходимой комбинацией свойств для материалов, предназначенных для защиты транспортных систем. Эти свойства уже были успешно использованы для защиты транспортных систем при перегрузке сыпучих материалов. Материал является очень качественной заменой полиэтилена ультравысокого давления. В таблице 3.2 приведены режимы обработки капролона

Характеристики

Список файлов ВКР