§ 19] |
|
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ НАДЕЖНОСТИ |
495 |
= 0 , 8) а м п |
: 0 " м к |
= 1,16, а для |
крайней (к = 8 i 16 = 0,5) |
о"М ц I а м к |
= |
1,6. |
|
|
|
С ростом к |
напряжение оыц |
падает (даЫ11/дк = |
—2 — |
- /<га < |
0). При увеличении к от 0,8 до 0,85; 0,9; 0,92 и |
0,95 а м а |
падает соответственно в 1,36; 2,08; 2,7 и 4,26 раза. |
Таким образом, для уменьшения напряжений в гибкой |
мембране, работающей при малых перемещениях, |
следует |
Ш S) в)
Рис. 19.2. К расчету напряжении в мембранах реле Р-ЗН в режимах: а) повто рения; б) отрицания; в) переключения.
уменьшать перепад давлений Др и радиус заделкп мембра ны в корпусе и увеличивать толщину б мембраны и коэф фициент к. Необходимо, однако, иметь в виду, что с уве личением к и б растет жесткость (см. уравнение (5.13)).
С помощью формулы (19.5) произведем ориентировоч ную оценку напряжений от перепада давлений на мембра
нах в реле Р-ЗН системы УСЭППА, принимая |
мембраны |
абсолютно гибкими *) и работающими при малых |
пере |
мещениях (с = 0). Рассмотрим режимы повторения, |
отри |
цания |
и |
переключения. |
|
|
|
|
В |
дискретном |
повторителе |
(рис. 19.2, а) на |
верхней |
мембране |
перепад |
давлений |
мал (так как р в |
ы х |
Рвх) . |
перепад на средней мембране по модулю равен |
р п и т |
— Рб |
или ро, а перепад на нижней |
мембране вс гда равен Рб- |
Изменение знака перепада и, следовательно, прохлопывание имеет место только на средней мембране при изменении
значения |
р в х . |
|
При |
выполнении операции отрицания (рис. 19.2, б) |
перепад |
на верхней мембране равен р п и т |
— Рм или р ы , на |
средней |
мембране — р м или рП ит — Рм |
а на нижней — |
*) Поскольку предполагается, что мембраны приработаны и имеют гофр, обеспечивающий отсутствие напряжений от рабочих перемещений жесткого центра.
496 |
П Р И Л О Ж Е Н И Е |
нулевой |
(при р в х = 0) или р П П т- Изменение знака пере |
пада (прохлопывание) происходит на верхней и средней
мембранах |
при изменении р в х . |
|
|
В переключателе (рис. 19.2, в) при р х |
= р 2 = 0 перепад |
на верхней |
мембране р ы = const, |
на |
средней — р м или |
Рпит — Рм, |
на нижней — 0 или рпт- |
При изменении р в х |
прохлопывают средняя и нижняя мембраны. Кроме того,
когда P i |
и р 2 |
0, |
при изменении знака разности р В Ь 1 Х — |
— р м |
прохлопывает |
верхняя |
мембрана. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
19.1 |
|
|
|
|
|
Перепады давлений на мембранах, кзс/си» |
|
Выполняемая операция |
верхняя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
средняя |
НИЖНЯЯ |
Повторение |
|
|
|
|
0 |
0,4/—1 |
1 |
Отрицание |
|
|
|
0,4/—1 |
1/—0,4 |
1,4/0 |
Переключение |
|
|
|
0,4 |
|
1/—0,4 |
1,4/0 |
|
(при pi = |
рч = 0) |
|
0,4/—1 |
1/—0,4 |
1,4/—1,4 |
Переключение |
|
|
|
|
(арп pi -1,4; рг = 0) |
|
|
|
|
|
|
|
В табл. 19.1 сведены перепады давлений на мембранах |
при |
Рпит = 1,4 |
кгс/см2, р б |
= |
1 кгс/см2, р м |
= |
0,4 кгс/см2 и |
уровнях дискретного входного сигнала р в х |
1,4 кгс/см2 и 0. |
Первыми |
приводятся значения при р в х |
= |
1, вторыми — |
П Р И |
Рвх= |
0- |
Знак |
«минус» |
означает |
изменение |
знака |
перепада |
давлений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
В табл. 19.2 указаны рассчитанные по формуле |
(19.5) |
напряжения в мембранах |
реле Р-ЗН, в |
котором радиус |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
19.2 |
|
|
|
|
|
Напряжения в мембранах, кгс/с.к' |
|
Выполняемая операция |
|
|
|
|
|
|
нижняя |
|
|
|
|
|
верхняя |
|
средняя |
|
Повторение |
|
|
0 |
|
|
2 > 7 / - 6 , 7 6 |
|
|
20,84 |
|
Отрицание |
|
|
8 > 3 4 / - 2 0 , 8 4 |
|
6 \7 6 /-2,7 |
|
29,18/ 0 |
|
Переключение |
0) |
|
8,34 |
|
|
6,76,_2 Л |
|
29,18^ |
|
|
( p i = |
р 2 = |
|
|
|
|
|
|
|
29,18/_2 д1 8 |
Переключение |
|
|
8 ' 3 4 / - 2 0 . 8 4 |
|
6 ' 7 6 / - 2 . 7 |
|
|
( p i = l , 4 ; р 2 = 0) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н Е К О Т О Р Ы Е ВОПРОСЫ Н А Д Е Ж Н О С Т И |
|
|
497 |
ваделки средней мембраны i ? c p = |
12,5 |
мм, й с р |
= |
0,8, ра |
диус заделки крайних мембран |
RKV |
= |
8 мм, |
kKV |
= |
0,5, |
толщина нитей всех мембран *) б = |
0,2 мм. При этих |
па |
раметрах уравнения для напряжений следующие: |
|
Смп.ср = 6,76Ар, быц.кр = |
20,84Др. |
|
|
|
Из данных табл. 19.2 видно, что наибольшие |
напряже |
ния при любой схеме включения реле — на нижней мем
бране (со стороны атмосферы). В схеме |
повторителя |
на |
пряжение растяжения по периметру заделки |
в жестком |
центре постоянно и равно 20,84 |
кгс/см2, |
в схемах отрица |
ния и переключения при входах |
рх |
= |
рг |
= 0 |
оно |
равно |
29,18 кгс/см2, |
когда р в х |
= |
1,4, |
и нулю, |
когда |
рвх |
= |
0, |
а в схеме переключения |
при pt |
= 1,4 и рг = 0 |
**) |
на |
пряжение |
зиакопеременно |
при |
постоянном |
модуле |
29,18 кгс/см2.
Для гибких мембран при больших перемещениях (с ^> ^> 0) и для негибких мембран выражения для напряжений в периметрах заделки записываются с помощью уравнений
(19.3) и (19.2): |
|
o J ' * 1 * 1 ' - 1 . |
(19.6) |
Принимая, что упругая сила Fc (см. уравнение (5.11)) рас пределяется поровну между периметром заделки в корпусе и жестком центре, для соответствующих напряжений по лучим:
б м к ~ ' |
у $ |
' ° м ц |
р |
' |
где h — отклонение |
центра мембраны |
от |
нейтрального |
положения, |
с — жесткость мембраны, |
|
определяемая |
*) Строго говоря, в местах заделки толщина мембраны меньше вследствие деформации во время сборки при стягивании шайб кор пуса и жесткого центра и иэ-за растяжения нитей мембраны при
отклонении h от плоскости ее закрепления в корпусе ^степень рас
тяжения зависит от коэффициента
Лh
|
R — r-R(i |
— k) |
**) Это |
соответствует выполнению |
операции «отрицания» при |
включении |
реле «без петли». |
|
498 П Р И Л О Ж Е Н И Е
в зависимости от характера" действующих в мембране нап ряжений по одному из уравнений (5.12)—(5.17).
Сравнивая полученные выражения с выражениями (19.4) и (19.5), замечаем, что как и в случае гибких мембран в малых перемещениях, здесь напряжения в заделке в жестком центре больше, чем в заделке в корпусе.
При креплении мембран посредством их зажатия двумя плоскими деталями усилия в поверхностях закрепления в сильной мере сказываются на работе мембран. Для неме таллических эластичных мембран причина этого в их по датливости и больших величинах усилий затяжки, опре деляемых требованиями герметизации и в ряде известных устройств значительно превышающих усилия, необходимые для закрепления мембран. В результате мембраны заметно деформируются (в резинотканевых мембранах, например, выдавливается слой резины, и чтобы снизить влияние этой деформации, в ряде устройств приходится делать пазы в крепящих деталях для «приема»^выдавливаемого объема) и претерпевают значительные постоянно действующие напряжения сжатия:
где Fc — усилие затяжки, приложенное при сборке устрой ства; Sc — поверхность закрепления мембраны.
Запишем уравнения для времени наработки на отказ эластичной мембраны.
При низких частотах изменения знака перепада мемб рана преобладающее количество времени находится в ста тике, прохлопывания не приводят к нагреву мембран в местах изгиба, в связи с чем разрушающие влияния напря жения и прохлопывания могут быть приняты взаимно не зависимыми. При высоких частотах, когда суммарное вре мя изменения давления и перемещения мембраны соизмери мое периодом прохлопываний, модуль перепада давлений заметно снижается с частотой и наряду с этим частые перегибы сказываются на температуре и свойствах мемб раны, что приводит к необходимости рассмотрения совмес тного влияния напряжения и частоты перегибов мембран.
t
Если ^ а р dt = К (ас )Е— величина, |
характеризующая |
о |
|
прочность мембраны при воздействии |
только статической |
Н Е К О Т О Р Ы Е ВОПРОСЫ Н А Д Е Ж Н О С Т И |
499 |
разности давлений при напряжении сжатия а с от усилия затяжки (превышение 2 вызывает разрушение^мембраны); М = М (/) — величина, характеризующая прочность мем браны к прохлопываниям с низкой частотой (количество прохлопываний при низкой частоте, вызывающее разруше ние мембраны при отсутствии других разрушающих фак торов); Тс — время, за которое мембрана разрушается только в результате старения под влиянием химического, теплового и других взаимодействий с окружающей средой; °"Р (t) — мгновенная величина напряжения от воздействия разности давлений в мембране; / (t) — частота прохлопы ваний, равная в большинстве случаев частоте перекладок управляющего узла, то при низкой рабочей частоте вре мя наработки на отказ (время работы мембраны до ее разрушения) при воздействии только одного из разру шающих факторов будет определяться из следующих уравнений:
$|б(*)|<й = 2, |
^f(t)dt=M, |
te = Tc. |
о |
о |
|
В рабочих условиях, когда в одно и то же время дейст вуют все разрушающие факторы, время t наработки мемб раны на отказ при отсутствии взаимовлияния определяется из уравнения:
i |
t |
|
|
|
j|o(f)|df |
J / (0 d* |
|
|
Я ( с ) 2 |
^i _ S |
M |
L 1 = |
1 |
V |
~ |
Л/Г |
\ Ti с |
* |
"-• Для'средних или неизменных в процессе работы напря
|
жения | а |с р и частоты прохлопываний |
/ с р : |
|
|
, _ Г Мер |
, Up). |
И " 1 |
|
Для высоких частот соответственно имеем: |
|
1вр(/)« |
4 - - L - 1 |
* - Г |
м ° р |
. J _ l _ 1 |
|
K{pe)K(f)2 |
|
|
|
|
|
