Пневматическая тормозная система троллейбуса (Прочностные расчеты деталей)

6.Прочностные расчеты деталей

6.1 Расчет трубопроводов

Выбор параметров и видов трубопроводов зависит от рабочего давления, температуры, агрессивности среды, монтажа и других факторов. Трубопроводы бывают жесткие и гибкие. Необходимость применения гибких трубопроводов возникает в тех случаях, когда необходимо подвести рабочее тело к гидро- или пневмоаппаратам закрепленных на механизмах имеющих перемещение относительно источника питания. В качестве жестких трубопроводов применяются металлические трубы из алюминиевых сплавов, латуни, меди, нержавеющих и легированных сталей. В качестве гибких трубопроводов применяют резинотканые шланги усиленные металлической оплеткой и металлорукава.

Размеры трубопровода в определенной мере характеризуют качественные характеристики привода, особенно для потерь давления и быстродействия. Диаметры трубопроводов выбираются таким образом, чтобы потери напора по длине трубопроводов не превышали определенной величины: 2...5 кг/см².

Проведем расчет трубопроводов в следующей последовательности:

а). Определим внутренний диаметр трубопроводов в зависимости от заданного расхода и скорости течения жидкости, б). Проведем расчет трубопроводов на прочность.

Внутренний диаметр трубопровода определяется по формуле:

где-нибудь Q - расход который должен обеспечивать трубопровод;

V_доп- допускаемая средняя скорость течения жидкости для данного типа трубопровода, т. е. всасывающего нагнета тельного или сливного.

При выборе допускаемой средней скорости течения жидкости, V_доп учитывают то, что ее превышение приводит к потери мощности, а снижение приводит к увеличению массы трубопроводов Примем допускаемую среднюю скорость течения жидкости напорной магистрали V_жн=5 м/с.

Для расчета введем обозначения скоростей течения жидкости для данного типа трубопровода:

для нагнетательных трубопроводов - V_жн⁼5 м/с;

для сливных трубопроводов - V_жс=2 м

Определим диаметр трубопровода нагнетательной магистрали:

 м;

Определим диаметр трубопровода сливной магистрали:

 м;

Из выше приведенного расчета следует, что величины диаметров друбопроводов будут следующими:

-  диаметр нагнетательных трубопроводов - d_HT=11.6*10^-3 м или 12 мм ;

-  диаметр сливных трубопроводов - d_CT=16.3*10^-3 м или 16 мм.

Расчет трубопроводов на прочность.

При выборе трубопроводов по прочностным характеристикам следует исходить не только из величины передаваемого давления, но и из возможности механического повреждения труб. В основном применяют трубопроводы, для которых отношение наружного диаметра трубопровода D_нт к толщине стенки трубопровода  меньше 16

Определим минимальную толщину стенок для нагнетательных трубопроводов т. к. они испытывают наибольшие нагрузки по отношению к сливным:

мм.

где d_T - внутренний диаметр трубопровода, мм;

 - временное сопротивление разрыву материала трубопровода,

=300 МПа.

Определим минимальное разрушающее воздействие P_pmjn в нагнетательном трубопроводе:

P_{р min}=;

P_{р min}= МПа;

Исходя из определенной величины P_pmin, определим максимальное рабочее давление Р_рmax нагнетательных и сливных трубопроводов:

P_{р max}=P_{р min}*n_п=21*1.5=31.5 МПа;

где n_п - запас прочности. Примем n_п =1.5.

Для гарантированной безопасности работы необходимо чтобы выполнялось следующее условие:

P_{р max}>P_ном;

Т.к. номинальное рабочее давление Р_ном в гидросистеме составляет 25МПа, а максимальное рабочее давление Р_рmах =31.5, то условие выполняется.

6.2 Расчет гидроцилиндра на прочность

Прочность труб цилиндров гидроподъемника проверяют по напряжению в его стенках от сил внутреннего давления жидкости по формуле

;

где - соответственно наружный и внутренний диаметры трубы (рис.10).

Проверка напряжений производится во всех выдвижных и неподвижных трубах гидроподъемника.

В качестве материала трубы применяют сталь марки сталь 45 с пределом текучести соответственно  МПа, коэффициент запаса прочности . Условием достаточной прочности трубы является обеспечение условия .

Имеем внутренние диаметры труб:

 мм;

 мм;

 мм;

Прочность труб:

 МПа;

 МПа;

 МПа;

Для заглушки первой трубы выполняем проверку напряжений, возникающих под действием давления рабочей жидкости по формуле:

, где - диаметр заглушки ;

- толщина заглушки;

Имеем:  МПа;

Упорные кольца проверяются на срез при наибольших нагрузках, соответствующих максимальному давлению рабочей жидкости:

;

где - активная площадь соответствующего выдвинутого звена, ; - диаметр трубы, в которой установлено кольцо; - активная площадь сечения предыдущего выдвинутого звена: ; - диаметр предыдущей трубы; - диаметр окружности проверяемого упорного кольца; - толщина кольца (диаметр ее проволоки); - размер замка (просвета) в упорном кольце.

В кольце материала упорного кольца применяется сталь 65Г; термообработанная до твердости 42…46 HRC; , где временное сопротивление на растяжение для материала упорных колец МПа. Коэффициент запаса прочности .

Условием достаточной прочности является обеспечение соотношения .

 м;

 м;

 мм;

Имеем:

 МПа  МПа;

Определим минимальную толщину крышки:

> м;

Т.к.=0.03м, а по условию прочности эта величина является также минимально допустимой, то, исходя из конструктивных соображений, примем толщину крышки гидроцилиндра =0.032м,

Рассчитаем внутренний диаметр присоединительных отверстий необходимых для подвода и отвода рабочей жидкости гидроцилиндра:

d_по= м;

где Q - расход рабочей жидкости, м³/с.

V_ж - скорость течения жидкости в нагнетательном трубопроводе, V_ж=5 м/с.Таким образом, внутренний диаметр присоединительных отверстий гидроцилиндра, которые будут обеспечивать необходимый расход жидкости равен, d_пo=0.014 м