Файл: Вуколов В.М. Детали из пластмасс в пневмогидравлических системах.pdf

шее количество циклов, чем клапаны, хранившиеся при относи­ тельной влажности 15—30%, так как после высушивания поли­ меры становятся более жесткими и теряют частично свои уплот­ няющие качества. Последнее обстоятельство создает условие для просачивания воздуха через образующиеся микронеровности между седлом и клапаном при тех удельных давлениях, которые обеспечивали герметичность на влажных уплотнителях. Это ве­ дет к необходимости создания дополнительных нагрузок на кла­

пан, а при постоянных усилиях к созданию очагов вымывания материала уплотнителя.

2. Температурные условия окружающей среды (как понижен­ ные, так и повышенные) на стойкость клапанов практически влияния не оказывают. Клапаны, испытывавшиеся в условиях низких температур (230—200 К) выдерживали по 5—7 тыс. циклов без нарушений состояния подушки, так же как и клапаны, испытанные в условиях высоких температур (320—330 К). Объяс­ нить это следует тем, что при дренаже в условиях большого пере­ пада давления наблюдается сильное охлаждение клапана и вен­ тиля. Вследствие этого дренаж происходит практически в оди­ наковых условиях, определяемых не температурным режимом окружающей среды, а температурой, создаваемой в процессе дренажа в результате перепада давления.

3. Дополнительная обработка торцевой рабочей поверхности клапана сколько-нибудь существенного влияния на его работо­ способность не оказывает. Клапаны с удалением всех инородных включений с рабочей поверхности и с двадцатью инородными включениями на поверхности при испытании в сопоставимых ус­ ловиях показали одинаковые результаты.

4. Применение загрязненного воздуха существенного влияния на стойкость клапанов не оказывает. При испытаниях под одни клапаны подавался чистый воздух, под другие воздух, загрязнен-

НЫДѵ_п^СІ^ом (мелкий сухой песок в количестве примерно 0,25 X X 10 м3 засыпался в трубопровод перед испытаниями клапанов).

В остальном условия были одинаковыми. В результате испытаний клапаны показали их одинаковую эксплуатационную стойкость. Осмотрев клапаны после испытаний загрязненным воздухом, установили, что песчинки проникают в материал уплотнения и прочно в^нем удерживаются. Есть основание предположить, что в дальнейшем при эксплуатации такого клапана происходит по­ степенный отрыв отдельных песчинок, в местах отрыва образуются очаги вымывания материала уплотнителя, а в дальнейшем это ведет к выходу клапана из строя. Но процесс этот длительный, и клапаны, несмотря на большое количество песка, выходили из строя примерно через такое же количество циклов, что и клапан, под который подавался чистый воздух. С другой стороны, проник­ новение в вентиль песка и пыли будет отрицательно сказываться на состоянии седла вентиля, что, как показали исследования, не­ сколько снижает продолжительность работы клапана.

80

5. Исследование влияния состояния седла вентиля на работо­ способность клапана показало, что дефекты седла отрицательно влияют на стойкость клапанов. Клапаны, испытанные в вентиле с дефектным седлом, выдержали в четыре раза меньше циклов, чем клапаны, испытываемые в вентилях с нормальным седлом. Происходит это потому, что в местах рисок, а также таких дефектов, как сколы и вмятины на седле, ухудшаются условия уплотне­ ния, начинается неравномерная деформация уплотнителя и на­ правленное просачивание воз­ духа, особенно при высоких давлениях порядка (300-ь350) х

X ІО5 Н/м3, что приводит к вы­ мыванию канавки в уплотнении

ивыходу клапана из строя.

6.Большое влияние на ра­ ботоспособность уплотнений оказывает место расположения их в схеме. Длительная прак­ тика работы с компрессором СМ-14К показала, что наиболее слабым звеном в пневмосистеме

компрессора является дренаж­ ный вентиль, предназначенный для дренажа воздуха из замк­ нутой магистрали (Рраб = 350 х X Ю8 Н/м2). Несмотря на то что седло и клапан изготовлены

из специальной нержавеющей стали, вентиль не выдерживает

происходит значительное увеличение скорости истечения рабочей среды. Для пояснения этого обратимся к схеме, приведенной на рис. 35. Предположим, происходит наполнение объема рабо­ чей магистрали L2. Вентиль 2 открыт, металлопластмассовый клапан установлен в вентиле 3, вентиль 4 закрыт. Уравнение Бер­

£с — суммарный коэффициент всех потерь в воздухопроводе.

Пусть баллон 1 настолько больших размеров, что можно пре­ небречь изменением давления и скоростью в нем за цикл дренажа. Коэффициентом, учитывающим потери от неравномерности рас­ пределения скоростей по сечению потока, также без особой по­ грешности можно пренебречь. Тогда, принимая на основании сказанного выше Сб = 0, после преобразования получим

Предположим, что дренаж воздуха производится из баллона 1

ватмосферу с помощью вентиля 4 при полностью открытых вен­ тилях 2 и 3. Испытываемый клапан установлен в вентиле 4. В этом случае дренаж воздуха из баллона можно рассматривать как сово­ купность процессов истечения воздуха в пространство (например,

ватмосферу) с постоянным давлением и одновременно его расши­ рение. Тогда, принимая процесс расширения воздуха в баллоне

изотермическим, что может быть допущено ввиду малой продол­ жительности цикла, скорость истечения воздуха на входе в вен­ тиль 4 можно выразить уравнением, аналогичным (4),

Обратимся снова к схеме, приведенной на рис. 35. Пусть про­ исходит дренаж воздуха высокого давления из магистрали L 2 с помощью вентиля 4. Вентиль 3 закрыт, испытуемый клапан уста­ новлен в вентиле 4.

Проведенные экспериментальные' исследования процессов

Р2— давление у зазора между клапаном и седлом в вентиле 4\

Рз — давление в магистрали Ь г;

—коэффициент потерь в магистрали.

Сам факт резкого уменьшения долговечности клапанов в этом режиме свидетельствует о значительной величине скорости С3 в уравнении (5) и позволяет оценить правильность ранее принятых допущений.

В результате тщательного анализа причин разрушения поли­ мерного уплотнителя при Рряб = 300-ІО5 Н/м2 установлено, что для обеспечения надежной работы клапанов геометрические раз*

82

меры магистралей, а также соотношения давлений в них должны быть такими, чтобы за время цикла выполнялось следующее ус­ ловие:

Таким образом, скорость истечениярабочей среды в зазоре между клапаном и седлом оказывает большое влияние на уплот-

1

Рис. 36. Схема для испытаний эффективности дроссельных шайб

някяций элемент клапана. Следовательно, изменение скорости

эффективности действия дроссельных шайб производилось сле­ дующим образом.

1. При закрытом дренажном вентиле 5 подали под его клапан воздух из баллонов 1 открыванием вентиля 3, зафиксировали дав­ ление по манометру 4 и закрыли вентиль 3. Открыванием дренаж­ ного вентиля 5 с различной скоростью произвели стравливание воздуха, одновременно визуально определяя максимальное дав­ ление по манометру 6. Давление в баллонах перед началом испыта­ ний контролировали по манометру 2.

В результате испытаний было установлено, что дросселиро­ вание воздуха при дренаже положительно сказывается на долго­ вечности клапанов. Это обстоятельство можно объяснить тем, что создаваемое дросселем противодавление (в магистрали за клапа­

ном) уменьшает скорость истечения воздуха при дренаже через кольцевой зазор между торцевой поверхностью клапана и седла и этим снижает размывающее действие струи воздуха на подушку уплотнения. Исследования показали, что для магистрали с ус­ ловным проходным диаметром Dy = 8 - ІО“ 3 м лучшие резуль­ таты получаются при постановке дроссельной шайбы с диаметром

менее эффективны.

Наконец, при проектировании уплотнительных элементов в ар­ матуре пневмогидравлических систем высокого давления необ­ ходимо правильно выбрать материал уплотнителя с точки зрения эрозионной стойкости. Для этого были проведены работы по исследованию стойкости к эрозионному разрушению двух раз­ личных материалов. Испытания проводили на клапанах, изготов­ ленных с уплотнителем из полиформальдегида и поликапролактама. Условия эрозионного разрушения создавались путем непрерыв­ ного травления сжатого воздуха при минимальном зазоре между клапаном и седлом. На специальном приспособлении (рис. 37) по шкале, разбитой на 360°, определяли величину минимального

84