Ахметова Ш.Д. – КазНТУ им.К.И.Сатпаева

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА МАШИН И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА УДАРНЫЕ НАГРУЗКИ

Создание методов расчета машин и их элементов на ударные нагрузки является сложной задачей.

Определение величины динамических нагрузок, возникающих в узлах загрузки конвейера и вызывающих повреждение ее элементов, снижение их путем выбора соответствующих конструкций загрузочных секций, а также разработка методики расчета их ударных нагрузок позволит снизить количество повреждений и увеличит срок службы конвейера.

Первые работы в этой области принадлежат основоположникам классической механики Леонардо да Винчи, Галилею, Гюйгенсу, Лейбницу, которые рассматривали соударяющиеся тела как совершенно жесткие, а процесс соударения – как мгновенный. По этой теории можно было определить лишь конечный результат удара – изменение скоростей соударяющихся тел, в внутренние закономерности процесса удара – длительность, величины контактных сил и деформаций оставались нераскрытыми.

Только появление теории контактной деформации упругих тел, разработанной Герцем, дало возможность установить аналитическую зависимость величины контактной силы и времени соударения от массы и скорости соударяемых тел и от геометрических форм в окрестности точки контакта.

Однако теория соударения Герца и других, учитывающая только лишь местные деформации пригодна для расчета свободно движущихся массивных коротких тел, общей деформацией которых можно пренебречь.

Наряду с теорией Герца, которая учитывает только местные деформации и не учитывает деформацию тел вдали от площади контакта, была разработана теория удара упругих тел, учитывающая лишь общие деформации и не учитывающая местные.

Все известные методы определения усилий и деформаций при ударе являются весьма приближенными, не дают исчерпывающего ответа на множественные вопросы, возникающие при изучении поведения машин и приборов в условиях импульсного воздействия нагрузки, а также в связи с проблемами расчёта на прочность их элементов.

Кроме того эти методы применимы лишь для простых случаев соударения стержней поперечных ударов по балке и т.п. Для большинства

конкретных случаев определения ударных нагрузок встречает большие трудности, постольку математическое описание реальной силы динамических систем в большинстве случаев невозможно. В частности при падении кусков руды и породы на пластины несущего полотна конвейера величина участвующих в ударе масс зависит от выбора конструктивных параметров несущего полотна секции става. В то же время для правильности выбора конструкций полотна и элементов става необходимо учитывать динамическое воздействие загружаемого груза. Естественно, при этом решение задачи определения ударной нагрузки весьма сложно и требует большого объёма теоретических и экспериментальных работ. В связи с этим разработка простых и надёжных способов расчёта машин и их элементов на определение ударных нагрузок имеет большое значение для решения многих инженерных задач. В этом отношении для определения максимальных усилий и деформаций, возникающих при соударении падающего груза и пластинчатого полотна конвейера, наиболее простым и целесообразным является применение теории объединяющей методы классической механики и теории упругости. Ошибки, возникающие при этом методе расчёта ударных нагрузок, как правило, обусловлены неточностью применяемых гипотез о характере соударения тел. Вместе с тем при правильности использования этих гипотез в каждом конкретном случае соударения можно получить достаточную точность для практического приложения результатов.

Для изучения динамических процессов, происходящих в элементах пластинчатых конвейеров при ударах крупнокусковых загружаемых и перезагружаемых материалов, динамическую систему конвейера представляют в виде некоторой механической модели, находящейся под воздействием начального кинематического возмущения, обусловленной ударяющим телом и приводящей систему в движение. При встрече кусков падающего груза с несущим полотном происходит ударное нагружение последнего, сопровождаемое распространением продольных и поперечных волн деформаций в обе стороны от ударного прогиба.

С точки зрения определения наибольших динамических нагрузок в элементах конвейера при ударе единичного куска падающего груза достаточно рассмотреть систему, содержащую конечное число прогибов, т.е. число роликов пролетов в пределах загрузочной секции, при этом нагружение может осуществляться как на опорную, так и на линейную пластину. При ударе по пластине вся энергия воспринимается этой роликоопорой и секцией става, и они испытывают одноосное сжатие, от удара при превышении допустимого предела прочности происходит разрушение материала.

При ударе между роликоопорами - рабочее полотно в месте контакта находится в сложном напряженном состоянии, испытывая сжатие по высоте и растяжение вдоль и поперек.

В дальнейшем рассматривается участок несущего полотна конвейера в пределах загрузочной секции согласно расчётной схемы, представленной в виде пластины, находящейся под действием определенной силы удара без учёта местных деформаций. В общем виде

упругая система конвейерного полотна является пространственной. Однако, если пренебречь возможным отклонением места соударения падающего груза и полотна от продольной оси конвейера, а также несимметричность загрузки полотна по ширине, становится возможным рассматривать рабочее полотно в виде плоской колебательной системы. Из сказанного выше вытекает, что при падении кусков груза на полотно конвейера происходят динамические процессы и решить такую задачу в общем виде с учётом всех влияющих факторов представляют собой трудную проблему, аналитически решить которую невозможно. Поэтому исследование проводится в несколько этапов, выбрав предварительно простую расчётную схему для каждого случая нагружения несущего полотна, при которой динамические нагрузки могут быть определены с необходимой точностью.

Наиболее простым, как показывает опыт, является метод учета влияния ударных нагрузок введением динамического коэффициента.

При этом масса несущего полотна, участвующая в ударе, приводится к месту удара. Сосредоточенная масса, расположенная в месте удара, обладает тем же количеством движения при ударе, что и действительная масса несущего опорного полотна. Рассматриваются лишь упругие перемещения системы. Как показали эксперименты, в рассматриваемом случае максимальные напряжения, возникающие в центральном сечении пластины получаются при ударе груза по краю пластины.