К.т.н. Мефедова Ю.А.

Балаковский институт техники, технологии и управления (филиал)

Саратовский государственный технический университет, Россия

Модель для расчета разрывного давления

гидравлического рукава

В настоящее время во многих отраслях используется различная специализированная техника, в которой для приведения в движение исполнительных механизмов используются гидравлические системы высокого давления. В данных системах в качестве гибких трубопроводов используются рукава высокого давления, которые по типу усиления делят на рукава с металлическими оплетками и металлическими навивками. Металлический каркас рукава часто выполняют в несколько слоев, причем чем больше слоев, тем на большее давление они рассчитаны. В работе рассмотрена Simulink-модель, позволяющая рассчитать разрывное давление рукава в зависимости от количества слоев оплетки и других исходных геометрических и физических параметров.

Для построения модели использованы аналитические зависимости, полученные в работе [2] и исследованные в работе [3]. Разрывное давление одно-, двух- и трехоплеточного рукава соответственно:

; (1)

; (2)

, (3)

где k_B – прочность оплетки разрыву, Н/нить;

N – количество потоков проволоки, выкладываемой шпулей оплеточной

машины;

n – число проволок на шпуле;

d₁, d₂, d₃, – средние расчетные диаметры наложения 1, 2 и 3 оплеток.

Множитель С₁ учитывает неодновременность разрыва параллельно идущих проволок в потоке:

. (4)

Множитель С₂ учитывает удлинение ε материала проволоки в оплетке:

. (5)

На рисунке 1 представлено главное окно модели. В качестве исходных данных к модели используются следующие параметры рукава:

- внутренний диаметр рукава Dr;

- диаметр проволоки dpr;

- толщина внутренней резиновой камеры qrk;

- толщина промежуточного резинового слоя qrp;

- количество потоков проволоки (число шпуль) N;

- число проволок на шпуле n;

- количество слоев оплетки i;

- усилие разрыва проволоки K.

Рисунок 1 – Главное окно модели

Выходная величина – разрывное давление рукава Р1, Р2, Р3 (индекс указывает на количество слоев оплетки).

Так как в зависимости от количества слоев оплетки используются разные формулы для расчета разрывного давления (1)-(3), то в основной подсистеме организован условный переход с применение блока If и трех подсистем If Action Subsystem (рисунок 2).

Рисунок 2 – Подсистема организации условного перехода

Первая подсистема If Action Subsystem включается, когда указывается количество слоев оплетки «1» (рисунок 3). Она построена с использованием формулы (1). Аналогично на основании формул (2) и (3) разработана вторая If Action Subsystem1 и третья подсистема If Action Subsystem2.

Рисунок 3 – Подсистема расчета однооплеточного рукава

На основе построенной модели проведены исследования по расчету разрывного (критического) давления рукава в зависимости от диаметра рукава, количество оплеток (от одной до трех), типа используемой проволоки и технологических аспектов производства (количества шпуль оплеточной машины и количества проволок в потоке). Так в результате исследования модели для рукава с параметрами, установленными согласно рисунку 1, при изменении количества слоев оплетки получены следующие величины разрывного давления: при i=1 – 47,1 МПа, при i=2 – 67,03 МПа, при i=3 – 77,7 МПа. Если принять критическое давление однооплеточного рукава за 100%, то применение двух оплеток дает увеличение величины давления на 42%, а применение трех оплеток по сравнению с двумя лишь на 22%.

Также отмечено, что с увеличением диаметра рукава разрывное давление уменьшается, а с увеличением числа оплеток – возрастает. Таким образом, максимальное давление выдерживает рукав меньшим диаметром и с большим числом оплеток. И наоборот, рукав большого диаметра и с одной оплеткой рассчитан на минимальное давление.

Увеличение числа оплеток ведет к увеличению жесткости конструкции рукава, что снижает радиус изгиба, а разрывное давление при этом возрастает незначительно. Поэтому для увеличения разрывного давления рукава высокого давления можно уменьшать толщину резиновой прослойки между оплетками или использовать проволоку с большим усилием разрыва.

Литература:

1. Дьяконов В.П. Matlab 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании. Полное руководство пользователя / В.П.Дьяконов. – М.: Солон-Пресс, 2003. – 576 с.

2. Лепетов В. А. Расчеты и конструирование резиновых изделий / В.А.Лепетов, Л. Н. Юрцев. - Л.: Химия, 1977. - 407 с.

3. Мефедова Ю.А. Расчет рукавов высокого давления по распределению нагрузки между слоями оплетки / Ю.А. Мефедова // Вестник СГТУ. - Саратов: СГТУ, 3(58), 2011.

4. ГОСТ-6286-73. Рукава резиновые высокого давления с металлической оплеткой неармированные. Технические условия [Тескт]. – Введ. 1974-07-01. – М. Изд-во стандартов, переизд. 2003. – 16с.