Исследование герметизирующей способности резино-металлических клапанов пневмосистем высокого давления, страница 3

возможности передачи давления среды через резиновый элемент. Прн увеличении модуля резины и, соответственно, «модуля клапана» эффект передачи давления убывает, а коэффициент К достигает максимального значения равного К При дальнейшем увеличении «модуля клапана» (свыше 600 —:300 кгс/см') передача давления отсутствует и при расчете герметичности клапана хорошо соблюдается уравнение (2). Сопоставление данных о герметичности с расчетом контактных напряжений поляризационно-оптическим методом позволило высказать предположение о механизме уплотнения клапанами.

Уплотнение клапанамн происходит за счет появления участков плотного контактирования прн деформировании элементов микрорельефа поверхности резины. Чем больше контактное напряжение в данной зоне, тем больше таких участков образуется и, соответственно, меньше проходов остается для натекания уплотияемой среды. Показано, что эффект герметизации тем выше, чем более заостренный характер имеет эпюра напряжения и больше путь герметизируемого потока 1 по поверхности контактировання. Механизм уплотнения может быть описан следующим экспериментальным уравнением: В главе!Ч-ой «Исследование влияния температуры н времени хранения на герметизирующую способность клапановэ изложены методика и результаты исследования изменения уплотняющих свойств клапанов в связи с потерей резиной эластичности при низких температурах и процессом ее старения. Герметизирующая способность клапанов, как показано, зависит от свойств резины, характеризуемых ее модулем упругости и комплекса конструктивных параметров.

В случае каждого конкретного клапана конструктивные параметры постоянны и решающее значение приобретают упругие свойства резины, зависящие от температуры, при которой работает клапан, а также условий (температура и время) предварительного хранения. Механические напряжения при хранении клапанов открытого типа, практически, отсутствуют, а влияние света и озона обычно не столь существенно, так как пневмосистемы высокого давления изолированы от внешней среды. Использование модуля резины Е в качестве параметра, характеризующего герметичность клапанов, затруднено, так как невозможно путем исследования клапанов непосредственно определить его величину. В качестве показателя, связанного с работоспособностью клапанов, выбрана твердость резины, замеряемая специальным прибором в резнно-металлической детали.

Основанием для такого выбора явилось, во-первых, то, что при определении твердости резина испытывает подобную деформацию, как и при вдавливании седла, во-вторых, изменение твердости коррелирует с изменением модуля резин, в-третьих, при замере твердости не происходит повреждения исследуемого объекта. Последнее позволяет также контролировать качество изготовления клапанов. Для замера твердости в клапане использован модернизированный А. М. Архиповым и В. А.

Лепетовым твердомер Шоппера, в котором шарик заменен стальной иглой. Показатель твердости (показатель Н), измеренный на этом при®оре, является величиной обратной твердости и выражается в условных единицах, за которую принята глубина йогружения «щу. па» твердомера в резину, равная 0,01 мм.

Показана возможность пересчета показаний этого прибора на йоказания микротвердомера и стандартных приборов. По данным изменения показателя Н при старении резинометаллических клапанов для исследуемых резин вычислены эквиваленты времени старения при повышенных температурах и температуре еклада.

Показана возможность определения показателя Н по данным старения стандартных образцов вместо старения клапанов. П Для выбранного метода определения твердости установлена зависимость показателя Н от модуля резин вида: Е=Е,+Сзн ' (5) где Ез и Сз коэффициенты уравнения. Для исследованных сильнонаполнениых резин на основе каучуков СКС и СКН коэффициент Ез равен 21,6 кгс/см', а коэффициент Сз— 7580 кгс. усл. ед/см'.

Исследование герметизнрующей способности клапанов при пониженных до — 50'С температурах показало возможность герметизации клапанами, резина которых находится в застеклованиом состоянии. При этом используется вынужденно- эластическая деформация резины. Однако для этого необходимы большие усилия герметизации. Становится понятной целесообразность использования и клапанах морозостойких резин, для которых усилие герметизации с понижением температуры возрастает незначительно.

Установлено, что при старении клапанов происходит ухудшение их герметнзирующей способности. При этом имеется корреляция с изменением при старении показателя Н резины, что подтверждает правильность выбора этого показателя. Экспериментальные данные показывают, что расчетное уравнение (3) удовлетворительно описывает герметизирующую способность клапанов, работающих прн пониженных температурах или подвергнутых старению. Несмотря на различие в структурных изменениях, происходящих в резине с понижением температуры и при старении, по своему влиянию на герметичность клапанов эти процессы идентичны, так как в обоих случаях модуль резин (структурирующихся при старении) возрастает.

В предлагаемой методике ускоренного определения гарантийных сроков сохранения клапанами герметизирующей способности отмеченное явление используется как один из способов ускоренной экспериментальной проверки работоспособности кЛапанов после длительного хранения. .Методика позволяет решить две задачи, возникающие в практике при разработке клапанов: установить возможность герметизации клапанами после заданных сроков и условий хранения и определить предельно допустимые сроки хранения. Методика основана на показанной возможности замены нсследовгншя герметичности клапанов исследованием соотаетствуюгцих показателей резин с определением затем герметичности по предложенному уравнению.

На начальном и промежуточных этапах эксплуатации можно определить остаточнукг возможность герметизации клапанами путем определе- И ния величины показателя Н непосредственно в данном клапане и последующим расчетом. Методика рекомендует также различные по длительности и достоверности экспериментальные способы проверки расчетных данных и способы определения' режимов ускоренных испытаний. Один из таких способов описан выше.

Наиболее достоверные данные могут быть получены, естественно, при проверке герметичности клапанов после длительного хранения в условиях эксплуатации. Приведенные данные натурного хранения клапанов в складских условиях и различных климатических зонах СССР в течение до 10 лет подтверждают возможность использования разработанной методики. В главе У-ой «Некоторые вопросы долговечности клапанов при повторном ударном нагружении» приведены результаты исследования влияния ряда факторов на долговечность клапанов при ударном нагружении. Изучено влияние на долговечность клапанов при повторном ударном нагружении геометрических размеров и конфигурации элементов уплотнения. Исследование проводилось в имитаторах клапанов, описанных в главе 111.

Ударный режим нагружения реализовался путем резкой подачи и сброса воздуха высокого давления (до 200 ати) в управляющую полость клапана. Закрытие клапана или «срабатывание» производилось сериями по 50 ударов с частотой нагружения 2 — 3 удара в минуту. После каждой серии «срабатываний» производилась контрольная проверка герметизирующей способности клапана, а после каждых 100 «срабатываний» разборка и осмотр состояния евины.

олговечность клапанов при ударных нагрузках возрастает с увеличением ширины или глубины резинового элемента, а также с увеличением угла при вершине или уменьшении высоты седла. Сопоставление этих данных с данными по герметичности и учет ряда других факторов позволили рекомендовать для включения в межотраслевую нормаль следующие сочетания элементов уплотнения клапанами (таблица 1). Долговечность клапанов в зависимости от удельной энергии удара изменяется по степенному закону. Разрушение резины прп комнатной температуре происходит преимущественно в зоне контакта с вершиной седла, Это связано с наличием здесь растягивающих напряжений, что впервые показано Б.

М. Гореликом и Г. Н. Фельдман и подтверждается нашими данными. Однако с изменением температуры испытаний изменяется и характер и место разрушения. Так при температуре +50'С !3 Таблица ! Седло Резиновый элемент Тнн уплотнения Высота. мм Угол нрн вершнне Глубнна.

мм Ш нрава, мм, ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ Е Экспериментально исследованы особенности деформации резины в резино.металлических клапанах. Показано, что И разрушение происходит не под седлом,а у стенок канавкн,что связано, в основном, с падением прочности крепления резины к металлу. По этой причине не может быть единой зависимости, описывающей изменение долговечности клапанов во всем температурном интервале нх работы. Предложенная степенная зависимость долговечности от удельной энергии удара соблюдается только когда разрушение происходит под седлом, а резина находится в высокоэластнческом состоянии.

Резины, применяемые в клапанах с ударным режимом работы, должны обладать высокой прочностью, стабильностью при старении, высокой твердостью, низкой температурой стекловаиия и малыми гистерезисными потерями. Последнее требование ранее не всегда учитывалось и практике. При эксплуатации многих клапанов в рабочей полости в момент «срабатывания» может находиться воздух высокого давления. Энергия удара вследствие этого уменьшается. Однако долговечность клапанов, как показано, все же снижается, что связано с ускорением разрастания трещин прн дроссе-' лированин воздуха в момент открытия клапана.