Анализ подходов к промышленной технологии изготовления ЭД

В результате перерезания силовой основы при раскрое прочность нитей на стыке резко падала, а разный модуль соединяемых полотнищ приводил к концентрации напряжений, неравнопрочности, нестабильности прочности шва, снижение коэффициента использования прочности ткани.

Проведенные исследования криволинейных швов показали, что при перерезании силовых нитей под различным углом раскроя теряется номинальная прочность материала: высокомодульных армирующих тканей – свыше 87%, низкомодульных – до 72% [4].

Из полученных результатов видно, что в диапазоне угла приложения растягивающих нагрузок (0-15)к направлению нитей основы разрывная прочность зависит от количества целых (неперерезанных) нитей, участвующих в работе разрыва, и носит линейный характер.

Проведен многофакторный планированный эксперимент [4] для построения математической зависимости прочности шва от податливости материала с разной модульности исходного волокна (арамид, капрон) и такими варьированными параметрами, как количество нитей в зоне нагружения (угол наклона нитей) и длина нахлеста клеевого шва (рис. 3).

Математическая модель клеевого шва для высокомодульной ткани (У₁) и низкомодульной (У₂) имеет общий характер уравнения поверхности гиперболического параболоида (поверхность «минимаксное седло») (рис.4):

У₁ = 43,3 + 17,1 Х²₁₁ – 13,9 Х²₂₁; (4)

У₂ = 44,9 + 5,5 Х²₁₂– 3,2 Х²₂₂. (5)

Минимальные отходы, максимальная степень использования прочности, минимальная протяженность швов и их максимальная прочность при раскрое – открывает большие возможности для механизации и автоматизации технологического процесса.

По объемно-планировочному решению – максимальная площадь опоры, максимальный объем, стабильность площади контакта при изменении высоты перемещения (для модельной формы).

Снижение норм времени, повышение производительности труда за счет механизации основных и вспомогательных технологических процессов в промышленном производстве (раскрой, шероховка, нанесение клея и т.п.) дают преимущества по себестоимости.

Следовательно, увеличить прочность клеевых швов можно путем повышения модульности армирующих материалов, жесткости стыков, причем в большей мере за счет регулирования угла наклона нитей, например, при расположении прямых швов вдоль нитей основы, что требует изменения формы раскроя и самой оболочки.

Совершенствование технологии предусматривает использование конструктивных приемов для повышения прочности НОК, например с помощью разгружающих силовых элементов (поясов, усилений, накладок и т.п.), устанавливаемых для перераспределения максимальных растягивающих усилий на большую площадь оболочки.

При проектировании ЭД для повышения разрывной прочности оказалось неперспективным увеличение толщины нитей и усложнение структуры конструкционного материала. Поэтому была предложена конструкция многослойной оболочки (типа луковицы), состоящей из трех вложенных свободно одна в другую подушек, которые выполняют собственные функции (герметизирующая, силовая, защитная) и отличаются тканевой основой и эластомерным покрытием [2].

За счет многослойности были сняты внутренние напряжения, имеющие место между слоями сдублированного материала (например, в конвейерной ленте).

Кроме того, многослойность конструкции позволила саморегулироваться оболочкам при нагружении внешними нагрузками; располагать материал во взаимно перпендикулярном направлении, тем самым обеспечивать двухосное нагружение одноосновной кордовой ткани, использовать в качестве разгружающих элементов нахлестку соединительного стыка, направленного вдоль действия максимальных (меридиональных) напряжений.

Таблица 2

Сопоставление критериев традиционного и нового подходов

при разработке промышленной технологии изготовления ЭД

В таблице 2 дано сопоставление критериев традиционного и нового подходов при разработке промышленной технологии изготовления ЭД.

Ниже приводится порядок проектирования ЭД (и МО в общем).

1.Прогнозирование складкообразования, как индикатора распределения натяжения оболочки (управление формообразованием в процессе деформирования нагруженной оболочки).

2.Получение рабочих характеристик расчетно-аналитическим способом.

3.Сравнение общих характеристик различных по форме конструкций, материалов и покрытий и выбор наиболее рациональных.

4.Разделение оболочки на элементы, ответственные за рабочие характеристики (оболочка, рабочая среда, газогенератор и т.д.).

5.Повышение прочности стыка.

6.Увеличение интенсивности нагружения конструкционного материала.

7.Раскрой, основанный на максимальной экономии материала, сохранении его прочностных свойств и снижение трудозатрат при сборке.

8.Приведение к одноосности (к меридиональным растягивающим усилиям как максимальным) путем выбора соотношения размеров полуосей симметрии.

9.Подкрепление (разгрузка от растягивающих усилий в зонах перенапряжений).

В результате проведенной работы научно обоснована техническая и экономическая целесообразность проектирования эластомерных домкратов, представляющих собой плоско симметричные поверхности, прямоугольные в плане с прямолинейными швами, снабженными конструктивными разгружающими элементами.

Таким образом, разработка нового подхода к проектированию высоконапорных ЭД позволяет применять с максимальной интенсивностью серийные конструкционные материалы (рациональный раскрой и сборка оболочки, оптимальная по рабочим характеристикам и напряженному состоянию прямоугольная в плане геометрическая форма – призма, подушка).