Разработка системы подъема транспортно-пускового контейнера, страница 8

Днище газовой камеры вытеснителя будем изготавливать из теплостойкой стали 12МХ. Толщина стенки днища:

σ=280 МПа.

5.8.5 Параметры поршня-разделителя.

Поскольку диаметр поршня-разделителя равен диаметру вытеснителя, а форма поршня-разделителя совпадает с формой крышки, то и толщины их стенок считаем одинаковыми. Также считаем, что поршень-разделитель выполняется из того же материала, что и днище газовой камеры вытеснителя (сталь 12МХ). Толщина стенки поршня должна быть не менее толщины днища газовой полости. Однако возникает проблема изготовления в поршне канала для смазки уплотнений. Примем . Длина цилиндрической части вытеснителя , а толщина - .

Общая масса поршня-разделителя:

Здесь - плотность стали 12МХ. Величина  имеет тот же смысл, что и в уравнении, из которого определялся диаметр вытеснителя.

Число резиновых уплотнительных колец на поршне-разделителе принимаем  твердость резины по Шору  диаметр уплотнительного кольца  относительная деформация сжатия уплотнительного кольца  

Отношение площадей дифференциального поршня, обеспечивающего смазку уплотнений, принимаем равным 2.

5.8.6 Параметры камер воздушных аккумуляторов давления и

соединительных трубопроводов.

В основе методики выбора параметров лежит уравнение адиабаты, которое применительно к данной задаче, считая жидкость несжимаемой и полагая, что давления в пневмобаллоне и вытеснителе быстро выравниваются, можно записать в виде:

.

Здесь Δξ - ход выдвижения гидроцилиндра, p_б – давление газа (воздуха) в пневмобаллоне и вытеснителе, p_б0 – начальное давление газа (воздуха) в пневмобаллоне, V_б – объем пневмобаллона, V_тр – объем трубопровода, соединяющего пневмобаллон с газовой камерой вытеснителя, включая объем элементов арматуры (при выборе параметров пневмобаллона эту величину можно принять равной 0,01V_б), V_в0 – начальный объем газовой камеры вытеснителя, n_ГЦ – количество гидроцилиндров, F_ГЦi – рабочая площадь i-й ступени гидроцилиндра, Δξ_i – путь выдвижения одной ступени гидроцилиндра, i_в – номер ступени, которая выдвигается при пути выдвижения Δξ, Δξ_ГЦiв-1 – путь выдвижения при котором происходит переход от выдвижения i_в-1-й ступени к выдвижению i_в -й ступени, k – коэффициент адиабаты воздуха или газа находящегося в пневмобаллоне.

Необходимо, чтобы на всем пути выдвижения давления в вытеснителе p_б должно превышать равновесное давление p_равн по крайней мере на Δp_зап=8÷20кг/см². Поскольку слишком большое давление в вытеснителе со всех точек зрения невыгодно, потребуем, чтобы минимальная за время подъема разность давления в вытеснителе и равновесному давлению была равна Δp_зап. Построим зависимость равновесного давления от пути выдвижения гидроцилиндра. Из исходных данных  по теореме косинусов имеем:

.                     

Здесь, как и выше i_в – номер ступени, выдвигающейся при данном значении пути выдвижения Δξ. Таким образом, должно выполняться условие:

                                                                   

Данное условие позволяет по заданному значению начального  давления в пневмобаллоне  определить соответствующую величину объема пневмобаллона V_б. Следует рассмотреть несколько значений p_б0 в диапазоне от  до  в случае, если максимальное значение равновесного давления достигается при выдвижении первой ступени от  до  - если максимум равновесного давления достигается при выдвижении второй ступени и от  до  - если максимум достигается при выдвижении третьей ступени. При выборе сочетания значений p_б0 и V_б следует учитывать техническое ограничения на максимальное давление в пневмобаллоне, а также стремиться к тому, чтобы разность давлений  в начале подъема и при полном вытягивании гидроцилиндра была бы не слишком большой. Действительно: большой перепад вначале приведет к значительным перегрузкам контейнера и ракеты. Для снижения этих перегрузок придется сильно дросселировать магистраль, соединяющую пневмобаллон с газовой камерой вытеснителя, например посредством установки электропневмоклапана с гидравлическим замедлителем, который будет открываться в течение нескольких секунд. Еще более трудные проблемы создает большой перепад в конце подъема: может оказаться, что силы давления в камере противодавления окажется недостаточно, для того, чтобы затормозить контейнер. Для решения этой проблемы придется уменьшать угол начала торможения или (если это возможно по условиям прочности) увеличивать давление торможения или увеличивать площадь сечения камеры противодавления (при этом все параметры придется определять заново). Для того, чтобы торможение было успешным сила давления в камере торможения должна быть существенно выше, чем разность силы давления в напорной магистрали и равновесной силы. Условие можно записать так:

 

или

.                                              

Здесь k_к – коэффициент, характеризующий запас тормозящей силы. Этот коэффициент должен быть не менее 0,05-0,1.

Поскольку улучшить режим торможения существенно сложнее, чем улучшить режим разгона, целесообразно выбрать такие значения p_б0 и V_б, чтобы разность  в начальный момент была на 10-20% процентов выше, чем в конце подъема.

Далее выберем минимальный диаметр трубопровода, который соединяет пневмобаллон с газовой камерой вытеснителя. Сперва определяем максимальный расход газа через трубопровод. Полагая, что температура в вытеснителе равна начальной, массу газа перешедшую в вытеснитель можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона:

,                                                       

где R – газовая постоянная воздуха или иного газа, используемого для подъема, T=293 К – начальная температура, 

-

давление в конце подъема .

Определяем расход:

.                                                                                  

Диаметр(ы) трубопровода(ов) подбираем таким образом, чтобы скорость газа в нем       была равна v=30-100 м/с. Подобрать надо большие значения, так как в этом случае потери напора меньше. Тогда диаметр трубопровода можно оценить по формуле:

.