ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УПРУГОГО ЭЛЕМЕНТА СОСТАВНОЙ ОПОРЫ ВАЛА НА ВОЗНИКАЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В СИСТЕМЕ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрено влияние изменения параметров упругого элемента опоры составного вала пильного цилиндра с помощью програмного обесспечения ANYSYS, приводятся расчет и анализ сил реакций опор при разных параметрах упругих элементов, а также рассмотрены влияния на напряжения системы.

ABSTRACT

The article considers the influence of changing the parameters of the elastic element of the support of the composite shaft of the saw cylinder using the ANYSYS software, calculates and analyzes the reaction forces of the supports for different parameters of the elastic elements, and also considers the effect on the stresses of the system.

Ключевые слова: составной вал, комбинированная опора, конструктивная схема, несимметричное расположение масс, пильный цилиндр, нагрузка, реакция сил, деформация, поперечная сила.

Keywords: compound shaft, combined support, structural scheme, non-symmetrical arrangement of masses, saw cylinder, load, force reaction, deformation, transverse force.

Введение

В мировой практике особое внимание уделяется вопросам разработки новых образцов техники и технологии джинирования средневолокнистых сортов хлопка-сырца. При этом происходит осуществление целенаправленных научных исследований по разработке высокоэффективных конструкций рабочих органов основной технологической машины хлопкозаводов пильных джинов, создание методов расчета параметров и режимов движения, позволяющие значительно увеличить производительность джинирования. Многочисленные исследования посвящены изучению технологического процесса джинирования, разработке новых рабочих органов, узлов джинов, оптимизации технологических, кинематических, динамических и др. параметров джинов. В Республике Узбекистан осуществляются широкомасштабные мероприятия по разработке высокоэффективных техники и технологий для первичной обработки хлопка-сырца, обеспечивающих получение продукции высокого качества [5].

В результате исследований, проведенных в мире, по технологии и технике джинирования хлопка-сырца получены ряд научных результатов, в том числе: созданы пильные джины марки MY-171 (Китай), 4ДП130, 5ДП-130, ДР-119, ДПЗ-180, «Люммусь-супер 128», «Хердвик-Эттер» с воздушным съемом волокна, США и Республики Узбекистан, разработаны методы расчета массивных пильных цилиндров (Костромская текстильная академия, Институт машиноведения, Россия), получены законы колебательных движений рабочих органов технологических машин хлопкопереработки (Ивановская текстильная академия, Россия), установлены закономерности испарения внутри материала (хлопка-сырца) в процессе тепловой сушки (Texas Tech University, США), методы расчета машин первичной обработки хлопка (ТИТЛП, АО «Пахтасаноат илмий маркази», Узбекистан) [6].

Постановка задачи

Анализ предыдущих научно-исследовательских исследований показывает, что разработка новой конструкции опоры пильного джина является актуальной.

Разработка новой конструкции опоры вала, обеспечивающей снижение вибрации вала параллельным смещением оси вала по вертикали при несимметричном расположении масс на валу по его длине. Погашение колебаний вращающихся валов с составным упругим элементом предложенной конструкции опоры, параметры упругого элемента выбраны пропорционально расстоянию от точки воздействия наружной нагрузки до опоры, конструкция составного вала описывается [3; 2].

Технологические параметры системы, воздействуя на конструкции вала, вызывают в них внутренние усилия (напряжения) и деформации или качественные изменения, влияющие на долговечность. Причины, приводящие к таким последствиям, называются воздействиями [5].

При проведении расчетов конструкций вала на воздействия технологических нагрузок допускается задавать как эквивалентные нагрузки. Расчетные параметры Р технологических нагрузок. С точки зрения надежности влияния технологических нагрузок на силы реакции, возникающие на опорах, деформацию они недостаточно изучены. Иногда кроме внешних воздействий технологические нагрузки системы выделяют внутренние воздействия системы. Внутренние воздействия – это следствие взаимодействия конструкции с технологическим процессом, проявление обратной связи, подтверждающее действие одного из основных системных принципов [4].

Классификация воздействий является основой их моделирования
и контроля надежности расчетной конструкции, описание которой осуществляется с помощью математических моделей. Математические модели отражают взаимосвязь различных признаков и факторов, от которых зависит работа системы. При выборе математической модели проводится анализ причин возникновения напряжений в системе. Для результативности анализа обращаем внимание на классификацию воздействия технологических нагрузок на систему, которая состоит из составного вала с упругими элементами на опорах.

По происхождению технологические нагрузки подразделяются на прямые и косвенные. Технологические нагрузки, имеющие силовой характер, обычно называют прямыми нагрузками. Прямые нагрузки не зависят от свойств или реакции конструкции. Косвенные нагрузки (коррозия, устарение, долговечность, параметры упругого элемента и т.п.) оказывают влияние на конструкции через долговечность. В зависимости от продолжительности действия и изменения во времени различают постоянные и временные (длительные, кратковременные, особые) нагрузки [1].

Постоянные нагрузки действуют на конструкцию в течение всего срока службы без изменения своего значения, направления и положения. К постоянным нагрузкам относят собственный вес конструкции. Кроме этого, сохраняющиеся в конструкции усилия от предварительного напряжения [1].

Нагрузки, которые в различные моменты времени изменяют значения или положения, называем временными. Нагрузки, которые действуют на систему, конструкцию в течение определенного периода времени.

Перед нами была поставлена задача расчета реакции предлагаемой конструкции вала с упругими опорами подшипников. Задача решалась с применением программы ANSYS.

Анализ конструкций в системе ANSYS

Моделирование объекта – это основной и самый трудоемкий по времени этап решения задачи. Исходя из математических моделей механики, задается геометрическая модель объекта, определяются типы используемых элементов, задаются свойства материала и краевые условия.

1. Построение модели конструкции (геометрия, реологические свойства, краевые условия) или импорт их из CAD1 систем.

2. Изучение реакции конструкции на различные физические воздействия, такие как воздействие различных нагрузок, температурных и электромагнитных полей, решение задач механики жидкости и газа.

3. Оптимизация геометрии конструкции.

Анализ любой задачи в ANSYS происходит с помощью следующих этапов: построение модели; решение задачи; постпроцессорная обработка результатов. Работать с программой ANSYS можно с помощью как графического интерфейса пользователя – интерактивный режим, так и с помощью команд – командный режим.

В системе ANSYS в зависимости от типа выбранного решения, а также в зависимости от типа задачи определяются следующие параметры:

• выбор метода решения получаемых систем уравнений;
• задание параметров решения (шаг нагрузки, количество шагов, шаг интегрирования, количество определяемых собственных форм и др.);
• задание точности решения;
• задание параметров записи результатов в файл и др.

Для корректного задания спецификации решения необходимо знать свойства решений анализируемых задач.

Построение расчетной модели для предлагаемой конструкции составного вала пильного джина

Приводим конструкцию (приближенный вид) предлагаемого вала пильного джина с комбинированной опорой (рис. 1) и принимаем как входные следующие параметры системы:

Рисунок 1. Общий вид предлагаемого вала пильного джина с комбинированной опорой в системе ANSYS

В расчетах использовали следующие данные системы.

F = 784 N; M = 150 Nm; Fm = m1g + m2g; m1 = 141,2 kg; m2 = 59 kg.

Вал: ст-3, E = 2 * 1011; μ = 0.3; ρ = 7850 kg/m³.

Прокладка: алюминий 9, E = 7 * 1010; μ = 0.34; ρ = 2698 kg/m³.

Каучук: Hk 7-106, E = 7 * 107; μ = 0.45; ρ = 1200 kg/m³. L = 2300 mm; AD = 898,95 mm.

Нас интересует вопрос, как будет влиять изменение параметров упругого элемента опоры на расчетные нагрузки, возникающие в системе. В решения математической модели составного вала пильного цилиндра джина менялись геометрические параметры (толщина резины) упругого элемента. При этом рассматривали две модели, толщина упругого элемента в опорах менялась,
а система совокупных действующих сил оставалась неизменной.

Расчетные значения системы с упругим элементом составной опоры вала

Рассмотрим первую расчетную модель – это когда толщина упругого элемента на опоре А больше, чем толщина упругого элемента на опоре В. Результаты сведены на таблице 1. Анализ полученных результатов расчета произведем с помощью графиков (рис. 2 а).

Таблица 1.

Толщина упругого элемента в соотношении А≥В

В таблице А и В – в мм, R_A и R_B – в Н.

Вторая расчетная модель – значение толщины упругого элемента на опорах мы изменили пропорционально, то есть толщина упругого элемента на опоре В больше, чем толщина упругого элемента на опоре А. Результаты сведены на таблице 2. Анализ полученных результатов расчета произведем с помощью графиков (рис. 2 б).

Таблица 2.

Толщина упругого элемента в соотношении В≥А

Рисунок 2. Графические зависимости изменения сил реакций на опорах вала пильного цилиндра от вариации толщины упругого элемента

А также нас интересовал вопрос влияния изменения параметров упругого элемента комбинированной опоры на возникающие в валу напряжения, в частности деформация, упругая деформация и напряжения системы.

Таблица 3.

Толщина упругого элемента в соотношении А≥В

Таблица 4.

Толщина упругого элемента в соотношении В≥А

В таблице А и В – в мм, деформация – в м, упругая деформация – м/м, напряжение – в Па

Рисунок 3. Графические зависимости изменения напряжения системы от вариации толщины упругого элемента

Анализ полученных данных. При анализе полученных результатов было установлено, что толщина эластичного элемента, расположенного на опорах, также влияет на напряжения всей системы. Разумеется, толщина упругого эемента также влияет на значения уравновешивающих усилий на опорах (силы реакции). На графиках (рис. 2 а) представлено при большей толщине упругого элемента в точке А, чем в точке В, величина сил реакции на опоре точке В уменьшается Rв от 943,24 Н до 918,02 Н, и наоборот (рис. 2 б), где параметры упругого элемента на точке В больше, чем на точке А, соответственно, увеличивается Rв от 899,04 Н до 931,19 Н. Эти зависимости, то есть влияние параметра упругого элемента на возникающие в системе силы реакции, прямо пропорциональны суммарным нагрузкам системы. Из табличных данных и графических зависимостей можно отметить следующее: если тольщина упругого элемента на точке А больше, чем на точке В (рис. 3 а), напряжение системы уменьшается от 198×10⁶ до 112×10⁶. Соответственно, если толщина упругого элемента на точке В больше, чем на точке А (рис. 3 б), напряжение системы увеличивается от 8,83×10⁶ до 183×10⁶. Изменяя параметры упругого элемента, можно определить влияние параметров упругого элемента составной опоры вала на возникающие напряжения системы.

Список литературы:

1. Гурин В.В., Замятин В.М., Попов А.М. Детали машин и основы конструирования : учебник для вузов. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 427 с.
2. Опоры для гашения колебаний вращающихся валов // Патент Республики Узбекистан UZ IAP 06790. 5 февраля 2022 г. / Джураев А., Магрупов А., Юнусов С., Мирзаумидов А. [и др.].
3. Юнусов С.З., Махмудова Ш.А. Угловое и линейное перемещение системы с составным валом технологических машин // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. – 2022. – № 6 (99) / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13905 (дата обращения: 16.09.2022).
4. Djurayev A., Rajabov O. Substantiation of the main parameters of the cylinder with multifaceted spiked of the cotton cleaner from small waste // International scientific and practical conference Innovative ideas of modern youth in science and education. – 2019. – P. 149-51.
5. Djurayev A., Yunusov S., Mirzaumidov A. Research to improve the design of the node of the saw cylinder gin // International journal of advanced research in science, engineering and technology. – 2019. – № 6. – P. 2350-0328.
6. Yunusov S.Z. Dynamic analysis of three-mass system of the saw gin with the resistance of cotton and research the effect on fiber quality // Europaische Fachhochschule. – 2015. – № 3. – P. 79–84.