Анализ исследований креплений цистерны АТЗ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Анализ исследований креплений цистерны АТЗ

Миронычев Д.А. - 1 курс факультет «Подготовки авиационных специалистов» Ульяновский институт гражданской авиации им. Б.П. Бугаева Россия, г. Ульяновск

Каргин К.А., - Курсант 1 курс факультет «Подготовки авиационных специалистов» Ульяновский институт гражданской авиации им. Б.П. Бугаева Россия, г. Ульяновск

Аннотация: Статья посвящена исследованию материалов для устойчивого крепления цистерны АТЗ. В ней рассматриваются нормативные документы, в соответствии с которыми происходит проектирование АТЗ в настоящее время. Так же в ней обосновывается необходимость использования, рекомендованного нормативными документами количества креплений цистерны. Показывается их схематичное расположение.

Ключевые слова: Автотопливозаправщик, цистерна, устойчивость, опрокидывание, лонжероны.

Abstract: the Article is devoted to the study of materials for stable fastening of the tanker. It examines the normative documents in the design of the bowsers at the present time as it substantiates the necessity of use of recommended normative documents of the number of mountings of the tank. Their schematic arrangement is shown.

Keywords: tanker truck, tank, stability, rollover, spars.

Одним из самых важных расчетов при создании(проектировании) автотопливозаправщика (АТЗ) и топливозаправщика (ТЗА)- является расчет прочности креплений цистерны, в которой перевозят авиационные бензины, масла, и другие специальные жидкости, необходимые для воздушного судна или специальной техники, которая находится на территории аэропорта. Важно отметить, что несмотря на всю важность данного расчета, до сих пор нет нормативных документов, регламентирующих правила и методы его выполнения.

Ниже представлен перечень документов, которыми в настоящий момент пользуются отечественные конструктора при проектировании АТЗ и ТЗА:

1) Российские стандарты

• ГОСТ Р 52906-2008

• ГОСТ Р 50913-96

2) Европейское соглашение о международной перевозке опасных грузов

• ECE/TRAN S/16 0 (ДОПОГ)

Все выше перечисленное дает лишь рекомендательный характер

относительно обеспечения прочности креплений. Из этого всего необходимо выделить следующее (крепления должны выдерживать нагрузки):

1. В направлении движения - удвоенному общему весу цистерны с топливом;

2. В поперечном направлении - общему весу цистерны с топливом;

3. В вертикальном направлении (сверху-вниз) - удвоенному общему весу цистерны с топливом;

4. В вертикальном направлении (снизу-вверх) - общему весу цистерны с топливом;

Пусть в них не указаны поэтапные действия для проведения методов выполнения, но они значительно облегчают проведение расчетов, так как освобождают конструктора от решения задач динамики при движении в штатном режиме и возникновении аварийных ситуаций. Также он снимает с себя ответственность за правильное обоснование принятой величины расчетной нагрузки.

Нормирование величин допускаемых напряжений для составляющих крепления цистерн АТЗ и ТЗА.

Опытным путем было установлено, что расчеты составляющих крепления удобнее всего проводить методом «допускаемых напряжений». Если непосредственное произвести расчет с применением известных формул по каким-либо причинам не возможет, применяют с помощью конечно - элементных программных комплексов.

Назначение величин запасов прочности и соответственно допускаемых напряжений в общем и в расчетах прочность элементов крепления цистерн в частности - ответственный этап в расчетах. Целесообразно воспользоваться сложившимися за много лет нормами. Согласно им, для несущих элементов производится расчет при:

1) Нормальном режиме эксплуатации (3 расчетный режим);

2) Повышенном режиме эксплуатации (1 расчетный режим);

Возникновение повышенных нагрузок возникает в результате

приложения тяговых и тормозных сил, а также при соударении. Для сравнения: ускорение заполненной цистерны при воздействии нагрузок 3-го расчетного режима - не превышает 0,5 g, что касается ускорения, вызванного повышенными нагрузками - может достигать 3g (и выше) Согласно ранее перечисленных нормативных документов, нагрузки, которые должны выдерживать элементы креплений, относятся к повышенным. Согласно нормам, для такого вида нагружения, для деталей из углеродистых и низколегированных сталей:

• Ст3

• Ст5

• Сталь 20

• 09Г2Д

• 10ХСНД5

Допускаемые напряжения на: растяжение, изгиб, сжатие устанавливаются на уровне 85-90% от предела текучести. Однако, при таких значениях допускаемых напряжений, нагружение элементов допускается лишь в пределах упругости, только в этом случае сохраняется работоспособность деталей при многократном воздействии нагрузок на них. Отметим, что напряжение смятия, в отличие от других видов напряжений допускается до 130% от текучести, что объясняется наименьшей опасностью в сравнении с растяжением, изгибом или сжатием. Напряжение на срез нормами установлен на уровне 50%.

Для того что бы произвести оценку прочности элементов крепления, испытывающих сложное напряженно-деформированное состояние, применяется четвертая теорема прочности.

Принимаем, что запас прочности болтов из пластичных сталей (Ст3; сталь 20) равен 1.7-1.8 по пределу текучести, (при определении допускаемых нормальных напряжениях, с учетом касательных напряжений от крутящего момента).

Для сварных швов принимаем понижающий коэффициент равен ф = 0.8 (учитывается, что приварка деталей производится по месту)

Конструкция крепления цистерны АТЗ и ТЗА.

Вместимость рассматриваемого автотопливозаправщика У=10м3, монтируется на шасси трехосного автомобиля

Рисунок 1. Вид рассматриваемого АТЗ

Данная цистерна имеет цилиндрическую форму и представляет собой тонкостенную оболочку, торцы закрыты днищами, поперечное сечение такой цистерны - эллипс. Для крепления этой цистерны, к нижней части автомобиля приваривают четыре пары опор, также его лонжероны усиливают специальной прокладкой. Затем на него укладывают 2 полоза из швеллера (№10П), с обращенными вниз полостями (по всей длине полости в них заложены брусья из дерева).

Опоры цистерны (поле ее непосредственной установки на полозья) и полозья свариваются между собой. Усиливающая накладка лонжерона шасси (поперечное сечение - уголок) крепится чистыми болтами к горизонтальной и наружней боковой стороне лонжерона автомобиля.

Рис.2

Рис.3. Вид элементов крепления цистерны с боку.

Помещенная на шасси АТЗ цистерны без крепления может смещаться и опрокидываться. Во избежание этого к лонжеронам цистерны приваривают по 3 кронштейна с каждой стороны и стягивают болтами (М16) соответствующие пары кронштейнов цистерны и шасси(по два болта на каждый).

Для предотвращения смещения цистерны в продольном направлении относительно шасси автомобиля, использую торцевые опоры. По одному на каждый торец лонжерона и по два на каждом лонжероне с наружной стороны.

Рис.4 Торцевые упоры

Рис.5. Боковые упоры

Для предотвращения смещения в поперечном направлении, цистерну фиксируют при помощи поперечных упоров, по 3 штуки в каждую сторону. Фиксация цистерны работает таким образом, что при действии поперечной силы в правую сторону, ребра кронштейнов поперечных упор воздействуют на вертикальную полку усиливающую накладки левого лонжерона шасси (и наоборот).

Определение величин расчетных нагрузок и оценка устойчивости цистерны от смещения и опрокидывания:

• Масса цистерны (тц) - 1680 кг

• Масса топлива в ней (тт) 10м3 * 0.8 г/см3 = 8000 кг

В соответствии с выше изложенным:

Величины нагрузок:

1) В продольном направлении (Кпр) = 1189922 Н

2) В поперечном направлении (йп) = 94961 Н

3) В вертикальном направлении снизу-вверх (Ыв.н) = 189992 Н

4) В вертикальном направлении сверху-вниз (йв.в) = 94961 Н

Сила трения, создаваемая трением лонжеронов цистерны об лонжероны шасси (обусловлена весом цистерны и весом топлива)

Ртр.ц=^гр.*(тц+тт^=4*(1680*8000)*9.81=37984 Н;

йтр - коэффициент трения дерево об сталь; g - Ускорение свободного падения;

Поскольку Бтр.ц <йпр и Етр.ц <йп получается, что цистерна при отсутствии креплений, будет смещаться относительно шасси.

Устойчивость цистерны при опрокидывании выражается следующим неравенством:

М уд > Мопр , где М уд - момент, удерживающий цистерну от опрокидывания. Создается силой веса; Мопр - момент, вызывающий опрокидывание цистерны. Создается инерционной силой. Эти силы приложены в приведённом центре масс цистерны и топлива.

Поскольку цистерна имеет сложную форму, для определения координат центра массы топлива пользуемся специальная методика.

Рис.6. Кронштейны крепления цистерны к шасси

Рис. 7. Оценка устойчивости опрокидования

Для цистерны рассматриваемого АТЗ опрокидывающие моменты превышают удерживающие

Мопрпр= 184.794* 106 Н*мм

Мудпр= 171,499* 106 Н*мм

Мопрп= 92,397* 106 Н*мм

Мудп= 36,085* 106 Н*мм

Для увеличения силы трения между брусами из дерева и усиливающими накладками на лонжеронах шасси - создается предварительная затяжка. Необходимое усилие определяется по формуле:

Мкл = F*l = 245 Н *240мм = 58*103 Н*мм т.к :

F- сила оказываемая на рукоять ключа, l - длина ключа.

Для болта М16:

F= 245 Н L= 240 мм

р' = arctg(cos(a/2))=arctg(0.4/cos (60/2)) = 0.4327 rad ;

X = arctg(s1/n*d2))= arctg(2/(3.14*14.701)) = 0.0433 rad; s1 - шаг резьбы -2 мм.

Подставляем значения в формулу выше и получаем после подсчетов: Рзат=10073 Н Получаем что суммарная сила трения от силы веса с топливом и затяжкой всех болтов равна F^.^ = 86335 Н

Вывод

Однако, из расчетов мы видим, что суммарная сила трения все равно меньше продольной и поперечной сил инерции цистерны. Именно поэтому это является обоснованием использования описанных выше элементов крепления - упор.

Они необходимы для обеспечения устойчивости цистерны и предотвращения ее смещения относительно шасси АТЗ.

Использованные источники

цистерна бензин нормативный

1.ГОСТ Р 50913-96 Автомобильные транспортные средства для транспортирования и заправки нефтепродуктов. Типы, параметры и общие технические требования. - М.: Издательство стандартов, 1996. - 31 с. (с изм. 1 от 01.08.98).

2.ГОСТ Р 52906-2008 Оборудование авиатопливообеспечения. Общие технические требования. - М.: Стандартинформ, 2008. - 37 с.

3.ДОПОГ. Европейское соглашение о международной перевозке опасных грузов. ЕСЕ/ТКА№/160. В 2 -х томах. Том 2. - Нью- Йорк - Женева: Издательство ООН, 2002. - 609 с.

4.Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). ВНИИВ - ВНИИЖТ, 1996 (с изменениями 2002 г.).

Размещено на Allbest.ru