3365

Рис. 12.11 Схема к расчету клеммового соединения

Решение

При расчете клеммового соединения с прорезью дополнительной силой затяжки болтов пренебрегают или учитывают еѐ введением коэффициента К = 1,1. [1].

Примем, что момент сил трения на 20% превышает внешний момент М, т.е. коэффициент запаса от сдвига К = 1,2, тогда

МТ = 1,2М = 1,2P·ℓ.

Принимаем коэффициент трения f = 0,15. Усилие затяжки болта определяем по формуле [3]

По условию компоновки (рис. 9) диаметр болта не должен быть более 18 мм.

Определяем потребный диаметр болта из расчета (пример 8) или непосредственно по табл. 3.10 [5] выбираем болт М16 материал 12XH2. Предельная продольная осевая нагрузка для выбранного болта Р = 18 кН.

Пример 3

Рассчитать болты, с помощью которых полоса 1 прикреплена к металлической колонне 2 (рис. 12.12).

179

Угол α = 30°; Р = 20 кН. Коэффициент трения в плоскости стыка f = 0,2. Материал полосы и колонны – сталь Ст.3. σТ = 240 МПа. Материал болтов – сталь 45 закаленная. σТδ = 580 МПа. Затяжка болтов неконтролируемая.

Рис. 12.12

Решение

Разложим силу Р на горизонтальную (Рx) и вертикальную (Рy) составляющие:

Рy = P·cos·30o = 20·0,86 = 17,2 кН

Рx = P·sin·30o = 20·0,5 = 10 кН

Перенесем силы Рx и Рy в центр тяжести треугольника c вершинами, совпадающими с центрами отверстий под болты (рис.12.13) и добавим моменты

МРx = – Рx · b = – 10 · 0,3 = – 3 кН·м;

МРy = Рy·(а+С) = 17,2·0,54 = 9,29 кН·м,

где С = (1/3)·ℓ = 40 мм.

180

Результирующий момент

МR = МР – МРx = 6,29 кН·м

Силы и момент действуют в плоскости стыка и должны быть уравновешены силами трения.

Силу Рy уравновешивают три силы:

Р′y = Рy /Z = 17,2/3 = 5,73 кН·м;

Рис. 12.13

Cилу Рx тоже уравновешивают три силы:

Р′y = Рx/Z = 10/3 = 3,33 кН.

Момент МR уравновешивают моменты трех сил Р' .каждая из которых направлена перпендикулярно радиусу, проведенному от центра тяжести стыка к центрам сечений болтов. Болты нагружены неодинаково. Наиболее нагруженным является болт 1, воспринимавший наибольшую по величине равнодействующую сил:

181

По схемы сил на рис. 10 определим равнодействующую на болт 1:

Используя теорему косинусов, получим:

Дальнейшее решение задачи аналогично решению, рассмотренному в примере 1.

13. ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ И ДЕТАНДЕРЫ. МЕМБРАННЫЕ КОМПРЕССОРЫ

13.1. Конструкции поршневых компрессоров

Компрессор – устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Степень повышения давления в компрессоре более 3.

По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры поршневые, ротационные, центробежные, осевые и струйные. Компрессоры также подразделяют по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные и др.), по создаваемому давлению (низкого давления – от 0.3 до 1 Мн/м, среднего – до 10 Мн/м и высокого – выше 10 Мн/м), по производительности и другим признакам.

Поршневые компрессоры являются наиболее распространенным типом холодильных компрессоров. Их применяют в холодильных машинах производительностью от нескольких десятков ватт до сотен киловатт, а в области малых холодопроизводи-

182

тельностей (до 2 – 3 кВт) – это практически единственный используемый тип компрессоров.

Процесс сжатия в поршневых компрессорах осуществляется в цилиндре в результате возвратно-поступательного движения поршня и изменения вследствие этого рабочего объема цилиндра.

Действие одноступенчатого воздушного поршневого компрессора заключается в следующем. При вращении коленчатого вала соединенный с ним шатун сообщает поршню возвратные движения. В рабочем цилиндре при этом возникает разряжение из-за увеличения объема, заключенного между днищем поршня и крышкой цилиндра, и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан, открывает его и поступает в цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление возрастет, открывается нагнетательный клапан и воздух поступает в трубопровод.

Взависимости от организации процесса сжатия в цилиндре поршневые компрессоры подразделяются на компрессоры простого и двойного действия, а также на компрессоры прямоточные

инепрямоточные (Рис. 13.1).

Вкомпрессоре простого действия (Рис. 13.1, а, в) цилиндр имеет только одну полость сжатия; подпоршневое пространство обычно соединяется с картером машины и находится под давлением всасывания.

Вкомпрессоре двойного действия (Рис. 13.1, б) обе полости (над и под поршнем) – рабочие. При движении поршня, например, вверх в полости над поршнем происходит сжатие, а в полости под поршнем – всасывание, и наоборот. Такая конструкция позволяет более полно использовать объем цилиндра и увеличить производительность на единицу объема, однако машина при этом усложняется. Поэтому компрессоры двойного действия применяются в машинах большой производительности.

Внепрямоточных компрессорах направления движения рабочего тела в цилиндре при всасывании и нагнетании противоположны.

183

В прямоточных компрессорах всасывающий клапан расположен на поршне, а рабочее тело при всасывании и нагнетании движется в одном направлении.

Существенное преимущество непрямоточных многоцилиндровых машин состоит в возможности регулирования производительности путем принудительного открытия всасывающего клапана одного или нескольких цилиндров.

в

Рис. 13.1

Недостаток непрямоточных машин состоит в значительном подогреве всасываемого рабочего тела вследствие теплового контакта полостей всасывания и нагнетания в крышке цилиндров.

184

Преимущество прямоточных машин в более свободном размещении клапанов, позволяющем увеличить проходное сечение и уменьшить гидравлическое сопротивление.

По конструктивным признакам различают крейцкопфные и бескрейцкопфные компрессоры. У крейцкопфных компрессоров поршень 1 жестко связан со штоком, который соединен с ползу- ном-крейцкопфом 2 (Рис. 13.2).

Рис. 13.2

В крейцкопфе имеется палец, с помощью которого он соединяется с шатуном 3 (Рис. 13.2). Крейцкопфные компрессоры обычно выполняют двойного действия, а шток уплотняют с помощью сальника специальной конструкции. Важным достоинством крейцкопфных компрессоров является возможность создания машин, работающих без смазывания цилиндров. При этом сам крейцкопф и весь механизм движения работают с принудительным смазыванием.

У бескрейцкопфных, или тронковых, компрессоров поршни соединены с шатунами непосредственно с помощью поршневых пальцев (Рис. 13.3).

185

Роль крейцкопфа играет в этом случае сам поршень, передающий через боковую поверхность нормальное усилие на стенку гильзы цилиндра.

Рис. 13.3

13.2. Конструктивные схемы поршневых детандеров

Детандер – машина для охлаждения газа путем его расширения с отдачей внешней работы. Детандер относится к классу расширительных машин, но применяется главным образом не с целью совершения внешней работы, а для получения холода. Расширение газа в детандере – наиболее эффективный способ его охлаждения. Детандер используется в установках для сжижения газов и разделения газовых смесей методом глубокого охлаждения.

Наиболее распространены поршневые детандеры (Рис.

13.4).

186

Поршневые детандеры – машины объемного периодического действия, в которых потенциальная энергия сжатого газа преобразуется во внешнюю работу при расширении отдельных порций газа, перемещающих поршень. Торможение поршневых детандеров осуществляется электрогенератором и реже компрессором. Применяются в основном в установках с холодильными циклами высокого (150–200 кГс/см2) и среднего (20– 80 кГс/см2) давлений на входе в машину.

3

Наиболее широко применяются поршневые детандеры с кривошипно-шатунным механизмом (Рис. 13.5), причем преобладают крейцкопфные машины.

Большинство поршневых детандеров имеет вертикальное одноцилиндровое исполнение с расположением цилиндра в верхней (Рис. 13.5, а) или нижней (Рис. 13.5, б) части машины. Поршень детандера обычно соединяется с крейцкопфом посредством самоустанавливающегося сочленения, обеспечивающего равномерность работы поршневого уплотнения и компенсацию погрешностей при установке цилиндра на раме машины. Вертикальные детандеры имеют несколько меньший и более равномерный по окружности износ цилиндров и поршней. Вертикальные машины занимают меньшую площадь, силы инерции возвратно движущихся масс действуют на фундамент вертикально и последний может быть выполнен более легким.

187

1

2

3

в

3 2 1

г

Рис. 13.5

188