Термомеханическая устойчивость эластомерных элементов тяжёлых вибромашин при длительных циклических нагрузках

Abstract

Рассматриваются тяжёлые вибрационные машины с эластомерной упругой подвеской. Такие машины – виброгрохоты, вибропитатели, горизонтальные двухмассные виброконвейеры, вибросита, вибросмесители и т.д. – зачастую работают в экстремальных условиях, т.е. при стационарных циклических нагрузках и активном влиянии внешней среды. Эластомерные элементы, введенные в структурные схемы машин, способствуют снижению вибронагруженности, звукового давления, повышению долговечности, надёжности и безопасности. В последнее время достижения в области вибротехники в самых различных областях машиностроения в той или иной степени связаны с использованием эластомерных элементов. Рассматривается случай, когда вследствие диссипативного разогрева эластомерного элемента при деформациях чистого сдвига температура внутри массива достигает некоторого критического значения, что приводит к его отказу. Рассматривается задача о теплообразовании в эластомерных элементах при стационарном циклическом нагружении. Получены математические зависимости, обеспечивающие анализ температурного режима резиновых элементов в случае, когда коэффициент поглощения энергии материала зависит от температуры нагрева и времени нагружения. Демпфирующие свойства резины описываются интегральными соотношениями типа Вольтерра и дробно-экспоненциальными ядрами. Представлены математические зависимости для определения установившейся температуры нагрева исследуемых деталей в зависимости от частоты нагружения. Результаты расчёта сравниваются с экспериментальными данными. В качестве приложения исследуется температурная устойчивость кусочно-линейной упруго-наследственной связи одномерного осциллятора с учётом нелинейного термомеханического эффекта.

Розглядаються важкі вібраційні машини з еластомерною пружною підвіскою. Такі машини – віброгрохоти, віброживильники, горизонтальні двомасні віброконвеєри, вібросита, віброзмішувачі і т.і. – найчастіше працюють в екстремальних умовах, тобто при стаціонарних циклічних навантаженнях і активному впливі зовнішнього середовища. Еластомерні елементи, введені в структурні схеми машин, сприяють зниженню вібронавантаженості, звукового тиску, підвищенню довговічності, надійності і безпеки. Останнім часом досягнення в області вібротехніки в самих різних областях машинобудування в тій чи іншій мірі пов’язані з використанням еластомерних елементів. Розглядається випадок, коли внаслідок дисипативного розігріву еластомерного елемента при деформаціях чистого зсуву температура всередині масиву досягає деякого критичного значення, що призводить до його відмови. Розглядається задача про теплоутворення в еластомерних елементах при стаціонарному циклічному навантаженні. Отримано математичні залежності, що забезпечують аналіз температурного режиму гумових елементів в разі, коли коефіцієнт поглинання енергії матеріалу залежить від температури нагріву і часу навантаження. Демпфуючі властивості гуми описуються інтегральними співвідношеннями типу Вольтерра і дрібно-експонентними ядрами. Представлені математичні залежності для визначення сталої температури нагріву досліджуваних деталей в залежності від частоти навантаження. Результати розрахунку порівнюються з експериментальними даними. Як додаток досліджується температурна стійкість кусочно-лінійного пружно-спадкового зв’язку одновимірного осцилятора з урахуванням нелінійного термомеханічного ефекту.

In the article, heavy vibration machines with an elastomeric elastic suspension are considered. Such machines - vibrating screens, vibrating feeders, horizontal two-mass vibrating conveyors, vibro-mixers, etc. – usually operate in extreme conditions, i.e. under stationary cyclic loads and active influence of the external environment. Elastomeric elements introduced into the structural schemes of machines, have reduced vibration loading and sound pressure and increased the machine durability, reliability and safety. Recently, the achievements in the field of vibration technology in the most diverse areas of engineering are to some extent related to the use of elastomeric elements. The case is considered when, due to the dissipative heating of the elastomeric element under deformations of the pure shear, temperature inside the massif reaches a certain critical value, hence, leading to its failure. Mathematical dependencies are formulated, basing on which it is possible to analyze temperature regime of the rubber elements when the energy absorption coefficient of a material depends on the heating temperature and loading duration. The rubber damping properties are described by integral relations of the Volterra type and fractional-exponential kernels. Mathematical dependences are set up for determining the steady-state heating temperature of the studied parts depending on the loading frequency. The calculation results are compared with the experimental data. In terms of application, temperature stability of a piecewise linear elastic-hereditary connection of a one-dimensional oscillator is studied with allowance for the nonlinear thermomechanical effect.