Влияние конструктивных параметров на работоспособность малогабаритных резинометаллических клапанов тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ЛЬВОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА

На правах рукописи

ШТАТОВ ЛЕОНИД ПАВЛОВИЧ

УДК 539.319:621.646.93

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ МАЛОГАБАРИТНЫХ РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КЛАПАНОВ

Специальность 01.02.06 - динамика, прочность машин,

приборов и аппаратуры

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Львов - 1988

Работа выполнена во Львовском ордена Ленина политехническом институте имени Ленинского комсомола

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор [КОМАРОВ М.С.|

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

ДУЛНВИЧЮС И.И. ;

кандидат технических наук БУГАЕНКО В.Ф.

Ведущее предприятие - ПО "Прикарпатпромарматура" /г.Львов/

Защита состоится " ¿/СМ 1988 г. в /% часов на заседании специализированного совета К 068.36.05 по присуждению ученой степени кандидата технических наук Львовского ордена Ленина политехнического института имени Ленинского комсомола /290646, г.Львов-13, ул. Мира, 12/.

С диссертацией можно.ознакомиться в библиотеке института.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан

1988 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

Е.М.ГАРАСШ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы, В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года" указывается на необходимость "повысить надёжность и ресурс работы техники... Обеспечить, чтобы все внось осваеыые вида техники по производительности и надёжности превосходили не менее чем в 1,5-2 раза выпускаемую аналогичную продукцию".

В связи с интенсивный внедрением систем пневмогидроавтоматики для управления технологическими процессами, связанными с потоками жидких и газообразных сред, весьма актуальной задачей является совершенствование известных и разработка новых конструкций пневмо- и гидроарыатуры для химической, газовой, авиационной промышленности и ряда других отраслей машиностроения.

Ужесточение условий работы арматуры, вызванное ростом динамических нагрузок, больший температурным диапазоном, воздействием рабочей среда и внешних нагрузок, приводит к быстрому её. выходу из строя. Причём, в большинстве случаев ускоренный износ и разрушение элементов уплотнения вызывается последствиями ударов уплотнительного элемента о седло при закрытии клапана.

Используемые в настоящее время инженерные расчеты на прочность элементов быстродействующих резинометаллических клапанов •• /РМК/ периодического действия не позволяют определять влияние динамических характеристик нагружения и условий эксплуатации на напряжённое состояние деталей и ресурс РМК. Поэтому одной из важных задач при создании надёжных и экономических конструкций РМК является разработка методов их исследования и расчётов, исключающих случаи разрушения деталей герметизирующего узла, работающего в условиях интенсивных динамических воздействий в пределах заданного ресурса клапана.

Целью работы является разработка обоснованных инженерных методов прочностного расчёта и исследования РМК, повышения и прогнозирования их ресурса с учётом характеристик динамического нагружения и геометрических параметров элементов клапана, физико-механических свойств материала уплотнения.

Научная новизна состоит в создании математической модели динамики закрытия РМК, котррая учитывает аэродинамические параметры рабочей среды, электромагнитные явления в природе и конст-

руктивные параметры клапана в целом; разработав метода прочностного расчёта уплотиительного элемента РМК, учитывающего геометрические параметры и физико-механические свойства материала уплотнения, кинетическую энергию соударения золотника с седлом при различных условиях их контактирования ; разработке методики прогнозирования ресурса РМК.

Практическая иенновть работы заключается в том, что на базе проведённых теоретических и экспериментальных исследований разработаны методы расчёта динамических характеристик клапана с электромагтатных приводом, определения характеристик напряжённого состояния резинового уплотиительного элемента при его динамическом нагружении, предложены рекомендации по повышению ресурса РЫК, возданы методики прогнозирования ресурса РЫК и выбора минимально необходимой для обеспечения заданной герметичности мощности привода. Разработанные программы для ЭШ позволяют автоматизировать поиск оптимальных, с точки зрения повышения ресурса, конструктивных параметров клапана и его электромагнитного привода.'

■ Реализация работы.в промышленности. Использование разработанных методов расчета и программ их машинной реализации для ЕР -ЭВМ, рекомендаций по повышению ресурса РЫК на ряде предприятий /УФ ЦКБА НПО "Киевпромарматура" и др./ при проектировании и изготовлении малогабаритной арматуры позволила повысить ресурс РМК, снизить их массогабаритные характеристики и энергопотребление, уменьшить трудоёмкость и сроки отработки новых изделий. Экономи-. ческий аффект от щедрения указанных разработок составил более 43 тыс. рублей.

Апробация работы. Результаты работы были-доложены и. обсузде- , ны на Всесоюзной научно-технической конференции "Технологическое управление триботехническими характеристиками машин" /Севастополь, 1983 г./, Всесоюзном семинаре "Совершенствование конструкций трубопроводной пневмогидроарматуры" /Киев, 198? г./, ежегодных научно-технических конференциях Львовского политехнического института /Львов, 1961-87 г.г./. .

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 научных работ;

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глаз, заключения, списка литературы и приложения. Текст изложен на 147 страницах, рисунков 37, таблиц 8, список литерату-

ры включает. 161 наименование.

При выполнении работы автор консультировался у доцента кафедры "Полупроводниковое и электровакуумное машиностроение" Львовского политехнического института к.т.н. Стратиневского Г.Г.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определена цель работы,.' обосновывается научная и практическая необходимость проводимых исследований в области повышений работоспособности-РЫК, формируются задачи исследования •И даётся краткая аннотация работы.

В первой главе при анализе факторов, определяющих герметичность и работоспособность FMK, установлено, что iqpyr вопросов, относящихся в обеспечению необходимого ■ по условиям эксплуатации ресурса FMK, требует комплексного решения сложных задач, находящихся на стыкег нескольких научных направлений. Поэтому обзор литературы по исследуемой проблеме проведён по трём направлениям: - связь напряжённо-деформированного состояния резинового уплотни-тельного элемента и герметичности клапана, теоретические и экспериментальные исследования процесса закрытия клапана и ударное нагружение элементов клапанной пары.

' Работоспособность РМК оценивают, главным образом, по их герметизирующей способности и долговечности резинового элемента.

Изучение процесса уплотнения FMK проводилось Г.М.Бартеневым, В.С.Юровским, З.Д.Орловым, Д.Б.Добрушкиным, Е.С.Экель, В.В.Кар-мугиным, Д.А.Мендельсоном, Г.Г.Стратиневским, Э.Ф.Шургальским и другими исследователями.

Как отмечают Г.М.Бартенев и В.е;Юровский, герметизирующая способность РМК, а следовательно и их работоспособность, зависит во многом от контактных напряжений на поверхности соприкосновения седла и золотника, которые в значительной мере определяются'упругими свойствами материала и геометрическими параметрами элембнтов затвора. Общим недостатком эмпирических формул, используемых для определения усилия герметизации является то, что не jW^maBTCH. физико-механические свойства резины, оказывающие существенное влияние на герметизирующую.способность клапана, отсутствует связь' контактных нагрузок герметизации и напряженного состояния резинового уплотнительного элемента /УЭ/.

- б -

Теоретические исследования напряжённого состояния уплотнительного элемента РМК при его контакте с седлом проводили Э.Э.Ла-ведел, С.И.Дымников, А.А.Павловскис, А.Н.Гаврилов, В.Ф.Гонца и другие. Ввиду трудностей решения контактных задач при сложных видах деформации резины и эластомеров, связанными с учётом влия--ния различных эксплуатационных факторов на прочность, при исследований напряжённого состояния уплотнительного элемента РМК получили распространение экспериментальные методы. Наиболее широко используется поляризационно-оптический метод, получивший развитие применительно к РМК в работах Г.М.Бартенева, Б.М.Горелика, Б.М.Капоровского, В.С.Юровского и др. Однако, исследования проводились при статическом режиме нагружения, что не отражает действительных условий работы уплотнения. Кроме того, эксперименты проводились на плоских моделях, что снижает достоверность полу-, ченных результатов.

Работоспособность РМК характеризуется не только статической нагрузкой в клапанном уплотнении, но и, в основном, спецификой контактного взаимодействия его элементов, а именно, наличием динамических нагрузок в момент закрытия клапана.

Проблемы динамики срабатывания клапанов, определения и анализ сил, действующих на герметизирующий узел различных типов клапанов в жидкой и газообразных средах, рассмотрены в работах В.Н.Челомёя, Н.М.Беляева, В.Ф.Бугаенко, Е.Б.Волкова, Б.В.Кармуги-на, Т.Ф.Кондратьевой, В.А.Махина, В.Ф.Приснякова, Ю.И.Тарасьева и других. Экспериментальные исследования ударного нагружения резинового уплотнительного элемента РМК проводились Ю.С.Зуевым, Б.М.Капоровским, М.И.Штительманом, В.С.Юровским и др. Результаты исследований показали, что циклическая долговечность клапана зависит от конструкций и размеров деталей герметизирующего узла и физико-механических свойств резины, определяющих, в основном, предельные -значения напряжений. Закономерности разрушения резины в уплотнениях клапанов практически не изучены, хотя Э.Ф.Шургальс-ким описаны его возможные стадии, а Б.М.Гореликом, В.М.Юровским, М.И.Штительманом рассмотрены зоны разрушения.

Проведённый анализ работ показал, что работоспособность многих РМК определяется ударным разрушением резины, особенность которого обусловлена сложным напряжённым состоянием материала уплотнения при ударном деформировании внешним концентратом напряжений - седлом на малые локальные величины /10-30$/ со значительной скоростью соударения /до 3-4 м/сек./.

Ввиду недостатка сведений о стойкости уплощений РМК к ударному воздействию, влиянию кинематических и силовых параметров контактного воздействия на их герметичность, прогнозирование работоспособности РМК затруднено, а выбор резины для уплотнитель-ного элемента обусловлен, в основном, видом и температурой применяемой рабочей среды.

, , Таким образом, в соответствии с целью работы определены основные задачи исследования: исследование динамики работы РМК с учётом конструктивных параметров клапана, газодинамических характеристик пневмосистемы, электродинамических параметров электромагнитного привода и физико-механическюс свойств материала уплотнения ; определение закона распределения напряжений и деформаций в УЭ при закрытии клапана ; разработка методики и проведения экспериментальных исследований работоспособности РМК ; разработка методики.прогнозирования ресурса и выбора минимально необходимой, с. точней ¿рения повышения ресурса, мощности привода клапана.

. Во второй главе обоснованы расчётные схемы и принятые при ' исследовании динамики малогабаритных РМК допущения ; разработана ■ математическая -модель РМК'с-электромагнитным приводом, учитывающая влияние газодинамических процессов в пневмосистеме,. переходных процессов в приводе, вязко-упругих Характеристик материалу ■ уплотнения и конструктивных параметров элементов клапана' и привода. .Принципиальные схемы исследуемых в работе конструкций РМК представлены' на рис. I. Необходимая герметичность клапана обеспечивается деформированием эластичного резинового УЭ 3 золотника 2, вдавливаемого в седло 4 усилием, создаваемым в зависимости от типа клалана, либо пружиной 5 сжимаемой якорем I в РМК с разделяющимися массами /рис. 16/, либо непосредственно якорем I привода в нормально-открытых или пружиной 7 при обесточенном электромагните в нормально-закрытых РМК с неразгруженном запорным органом /^ис . 1а/. При теоретических Исследованиях.динамики РМК исследуемые конструкции клапанов представлены в .виде жёстких тел, соединённых упругими и вязкими звеньями. Расчётные схемы исследу- ' емых РМК представлены на рис. 2. РЖ'с разделяющимися' массами представлен в виде 2-массовой /модель I/ /системы. Массы гг>4 и тг модели I равны соответственно приведённым массам привода и золот-' ника со связанным с ним подвижными деталями клапана. Масса т модели П равна приведённой массе всех подвижных деталей РМК. Жёсткости с и С, , пружин моделей равны приведённым жёсткос-

ftPaap. фРтр.

£РэЛ.

OPe.

Рис. I. Принципиальные схема исследуемых НШ а - с неразгруженным запорным органом; б - с разделяющимися массами.

/ модель II /

/ модель I /

/77(77

Рис. 3. Расчётные схемы исслбдоемых РЫК.

тям возвратных пружин в приводах клапанов, жёсткость сг равна приведённой жёсткости пружины, обеспечивающей статическое усилие герметизации РМК с разгруженным запорным органом. Нетрудно заметить, что т- т4 * тл , т.е., модель П является частным случаем модели I. На массы fnL воздействуют следующие основные внешние силы: - тяговое усилие электромагнитного привода;

о - усилие воздействия рабочей среды; - усилие пру-

жины; ^тр . - силы трения и £>6 - вес подвижных частей элементов клапана. Для описания временных эффектов в вязко-упругом поведении резины при её деформировании в процессе закрытия РМК в моделях I и П используется 3-х элементная реологическая модель "стандартного линейного тела", содержащая упругий элемент с3 , определяющий мгновенноупругое деформирование, упругий с^ и вязкий rj элементы, характеризующие вязкоупругие свойства резины.

При исследовании процесса закрытия РМК выделяются два этапа: этап срабатывания клапана и этап нагружения клапанной пары "золотник - седло".

С целью упрощения составления дифференциальных уравнений движения в расчётных схемах /рис. 2/ для каждого этапа закрытия РМК используется отдельная независимая система координат: для первого этапа оси ох4, ' ах г и ох и для второго этапа оси ох, , о~х1 , OXj и о~х .

С использованием уравнения Лагранжа второго рода получена система дифференциальных уравнений, описывающая движете золотника в модели I на 1-ом этапе закрытия клапана при перекрытии газового потока:

^ fjr * Сг (Хг~Х<) + РаэР + Ртр, ~Рбг=0, /2/

где С0- предварительное поджатие возвратной пружины.

Знак /+/ в уравнении Я/ соответствует нормально-открытому, а знак /-/ - нормально-закрытому клапану.

Показано, что уравнения движения золотника для модели П можно легко получить из уравнений модели I при их суммировании с учётом, ЧТО /77 =/77у/77г И X - Jfj- X г .

Полная математическая модель РМК состоит из механических

уравнений /I/ - /2/ и уравнений, описывающих переходные процессы в приводе ипневмосистеме.

Для описания, переходных, процессов в пневм9системе во ;время закрытия /открытия/ клапана использованы уравнения изменения па-• раметров рабочей, среды для объёмов /давление и тем-

. пература 71- / элементов пневмосистемы /закон сохранения массы газа и его: энергии/ и уравнения теплообмена с окружающей средой. Электродинамические явления в приводе учитывается при помоги уравнения баланса"" напряжений, применяемого при; исследовании и расчёте броневых'электромагнитов, обычно используемых в качестве приводов РМК.

На звтором этапе'закрытия. РМК, при перекрытом газовом потоке, движение золотника и связанных с ник подвижных чаотеф клапана

описывается следующей системой уравнений: ■ *

' 4

с, (х<-хг +дх)-Рал+%-РеГо} >/

* /4/

* + + Ртрг-Раг = о ;

АёЙ. с/Хз -и £° у -р х =п . /5/

где: 2} , г/ , 6 , - соответственно, внешний, внутренний диаметры, толщина и площадь поперечного сечения уплотнительного элемента; сх , /у3 , Ь - соответственно, приведённая жёсткость стеной канавки золотника,.высота подъёма золотника;

£ов » 3 » ~ соответственно, мгновенный и условно-равновесный модули упругости резины ; 6* = / X, - Хг I * - разница координат Х4 и х2 в конце 1-го этапа закрытия РЖ.

При X = л масса гп1 , прекращает движение и, в результате, система уравнений /3/ - /5/ упрощается до двух уравнений /4/ - /5/.

Рассмотрено явление отскока при закрытии РМК и получено выражение, определяющее условие отскока при п -том соударении золотника и седла.

Для решения дифференциальных уравнений математической модели РЖ составлен пакет программ;, на алгоритмическом языке ФОРТРАН применительно к машинам серии ЙС. Уравнения решены при помощи метода Хемминга с использованием стандартных подпрограмм матема-

тического обеспечения на вычислительной машине BC-I033.

С использованием разработанной программы проведён расчёт динамических характеристик одного их типов РШ. Исследовано влияние различных геометрических параметров элементов клапана и характеристик. привода на изменение его динамических характеристик.

Анализ полученных результатов показал, что изменение конструктивных параметров клапана и привода позволяет в широком диапазоне регулировать гремя закрытия РМК, изменять энергию соударения элементов затвора, что. в свою очередь влияет на выбор привода, габариты и массу.клапана в целом. Сравнительный анализ динамических моделей I и П показал-, что модель I позволяет получать уменьшенную по сравнению с моделью,П кинетическую энергию соударения элементов герметизирующего узла в широком диапазоне скоростей за съет уменьшения массы m 2 , что указывает значительное влияние на ресурс РМК. Однако, уравнение Д/-/2/ и /3/-/5/ математической модели РМК не позволяют определять величину энергии деформирования УЭ, необходимую для обеспечения заданной герметичности затвора РМК, так как не учитывают влияние формы профиля седла и напряжённое состояние УЭ при'его контакте с седлом. Поэтому, для решения вопросов определения динамических характеристик клапана при его закрытии и выборе рационального привода необходимо провести исследование напряжённого состояния УЭ при его контактном -взаимодействии с седлом на'-втором этапе закрытия РМК.

В третьей главе решаются контактные задачи по определению напряжённо-деформированного состояния уплотнигельного элемента РЖ при заданной кинетической энергии соударения золотника с седлом. Предложена методика определения минимально необходимой энергии их соударения.

Рассматриваемая задача является ос'есимметричной как по геометрии, так и по способу нагружения. Поэтому её'расчётная схема, представленная на рис. 3, принята в виде полого цилиндрического тела из вязкоупругого несжимаемого материала, отнесённого'к одноимённой системе координат г , z , запрессованному в металлическую обойму по внутренней /• = , наружной г = гг поверхностях цилиндра и нижней торцевой поверхности Z = О .

При рассмотрении напряжённого состояния УЭ в вцце сплошного цилиндра необходимо принять = О . Вязкоупругие свойства резины учтены посредством применения комплексного модуля сдвига G .На свободную плоскость z = В рассматриваемого цилин-

дрического тела действуют абсолютно жёсткий штамп, ограниченный поверхностью г- ч> (п ) и обладающий кинетической энергией

£к , и давление рабочей среды и по обе стороны штампа. Математическое описание профиля штампа 2 = ^ (п) рассмотрено в работе.

тЙЙ _ (Г)

пя ' Г*

Но п

Рис. 3. Расчётная схема контактной задачи.

Напряжённое состояние деформируемого цилиндрического тела определяется в момент, когда штамп погружён в него на максимальную величину Им и скорость штампа стала равной нулю, т.е., когда вся кинетическая £* и потенциальная £ » энергии штампа преобразовались в энергии деформации и диссипа-

ции Еа„е деформированного тела:

£*■+ Еп = Езеч, * £9ис . /6/

Поверхность взаимодействия штампа и цилиндрического тела ограничена в этот момент слева и справа радиусами у = /*' и г = г /рис. 3/, которые определяются в процессе решения задачи.

В качестве основных зависимостей записываются силовые геометрические уравнения для несжимаемых материалов теории упругости и приводятся обоснование их применения. Рассматриваемая задача эквивалентна вариационной задаче отыскания минимума квадратичного функционала потенциальной энергии деформации цшшндричес-

кого тела. Ввиду сложности учёта сил трения в зоне контакта УЭ и седла при их ударном взаимодействии задача рассматривается отдельно для случая отсутствия трения и для случая„залипания" материала УЭ в зоне контакта. Для случая отсутствия трения в зоне контакта методом разложения характеристик напряжённо-деформированного состояния в равномерно сходящиеся ряды по полиномам Ле-жандра с одновременным удовлетворением граничным условиям в напряжениях получены приближённые уравнения, позволяющие записать общее решение рассматриваемой задачи в замкнутом виде:

6л и и /8/

=0. /9/

Здесь 6 * и с?_ - выражения для определения осевых напряжений ё „ , с - касательные напряжения, и - радиальные перемещения. Операторы Д и V определяются как А = V и

С использованием уравнений /7/-/9/ получены выражения для определения характеристик напряжённого состояния в любой точке деформируемого цилиндрического тела в зоне контакта и в любой из свободных зон.

Для случаяяЗалипания"материала цилиндрического тела в зоне контакта применение метода разложения по полиномам Лежандра нецелесообразно ввиду значительного усложнения процесса решения. Поэтому задача решена с использованием метода конечных элементов с квадратичной апроксимацией. С целью сокращения объёма "вычислительных работ и уменьшения загрузки ЭВМ, задача рассматривалась для 18 узловых точек трёх прямоугольных конечных элементов, размеры которых соответствуют зоне контакта и двум свободным участкам, рассматриваемым в предыдущем случае. Для определения области контакта используется итерационный процесс. Решение обеих задач осуществлялась по программам, созданным для машин серии ВС, для УЭ типовых размеров.

Как показали результаты расчётов, в обоих случаях происхо-

дит несимметричное выпучивание материала УЭ при внедрении в него • ' седла. Причём, во внутренней свободной зоне /П ^ г" ^ / оно может быть значительно больше глубины погружения седла в резину. При росте энергии соударения Е* возможен случай, когда при некотором значении максимальное выпучивание материала УЭ

сокпревышает величину свободного пространства мевду плоскостью основания седла и золотником, то есть:

+ » я . до/

В этом случае, при эксплуатации РМК возможно интенсивное разрушение УЭ вследствие его защемления между металлическими поверхностями седла и золотника при их соударении. А с расчётной точки зрения решение становится некорректным, так как начинается процесс объёмного сжатия материала, не учитываемый при составлении системы уравнений. Проведённые расчёты показали, что в существующих конструкциях РМК условие /10/ начинает выполняться при значениях Е^ , составляющих около 20$ величины кинетической энергии подвижных частей в момент их соударения с седлом.

Экспериментальная проверка полученных расчётных данных показала удовлетворительное совпадение расчётных зависимостей и-экспериментальных данных в пределах 20%, что подтверждает применимость разработанных методов при решении контактных задач для резинотехнических изделий типа УЭ клапана до относительной деформации 15-20?». Предложена методика определения минимально необходимой заданной герметичности РМК энергии соударения элементов затвора. •

Четвёртая глава посвящена. экспериментальному исследованию . влияния изменения геометрических параметров, элементов клапана, физико-механических свойств материала уплотнения, скорости и частоты соударения седла и золотника на ресурс РМК. Эксперименты выполнены в проблемной лаборатории "Герметизация пневмогидроар-матуры".

В качестве объектов исследования были выбраны золотники типовых РМК, имеющие УЭ в виде кольца прямоугольного сечения /средний диаметр 6 мм, ширина 3-4,5 мм, толщина г 2-4,5 мм/. Изготовление резинометаллических золотников проводилось по технологии, принятой в промышленности. Резиновые уплотнительные элементы изготавливались из резины следующих марок: 7В-14 ;,ИРП-1319;

51-1448/СКМС-30/. Данные материалы широко применяются в РЫК различного назначения. Вулканизация резинометаллических деталей осуществлялась в плунжернолитьевой прессформе.

В проводимых исследованиях за критерий оценки работоспособности клапана при ресурсных испытаниях принята е.го герметичность сохранения утечки воздуха до 20 нсм3/сутки при заданном усилии герметизации и избыточном давлении воздуха в пнев-мосистеме при испытаниях 0,6 Ша.

Приведены описание экспериментальной установки, методика проведения эксперимента. Планирование эксперимента, оценка достоверности полученных результатов проводились на основании современных математических методов. Проведённые эксперименты показали, что основными факторами, влияющими на ресурс затвора РЖ, являются: физико-механические свойства материала уплотнения, скорость соударения седла и золотника клапана, определяющая, в основном, кинетическую энергию соударения и геометрические параметры седла и УЭ. Отмечено, что увеличение скорости соударения резко снижает ресурс клапана. Анализ результатов проведённых экспериментальных исследований позволяет сделать вывод, что при определённых соотношениях геометрических, силовых статических и динамических, кинематических параметров клапана, физико-механических свойств материала уплотнения возможен такой режим ударного нагружения элементов герметизирующего узла, который позволяет значительно увеличить ресурс РМК.

Предложена методика выбора минимально необходимой мощности привода РМК. Получено эмпирическое выражение, позволяющее прогнозировать ресурс затвора РМК в зависимости от кинетической энергии соударения золотника и седла, определяемой величиной скорости их соударения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТ РАБОТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Создана математическая модель процесса закрытия РМК, позволяющая проводить анализ влияния параметров клапана, привода и пневмосистемы на динамику его работы.

2. Установлено, что при эксплуатации .малогабаритных РМК при давлении нейтральной рабочей среды до 6-7,5 Ша существуют оптимальные параметры привода, геометрические характеристики

элементов клапана и физико-механические 'свойства резинового УЭ, повышающие ресурс РМК на 30.-40% при сохранении заданной герметичности и минимальных энергозатратах.

3. Для -более точного определения контактных напряжений о учётом динамических характеристик нагружения решена задача о контактном взаимодействии УЭ и седла клапана при заданной кинетической энергии их соударения. Получены аналитические выражения, позволяющие определять величину зоны контакта, энергию деформации значения напряжений и .деформаций в любой точке УЭ при его деформировании седлом произвольного криволинейного профиля.

4. Установлено, что в существующих конструкциях малогабарит-I ных РМК, имеющих условнб-проходной диаметр с/у менее 20 мм, кинетическая энергия подвижных частей клапана в момент их соударения с седлом превышает бол§,е чем в 5-7 раз энергию деформирования УЭ, необходимую для обеспечения заданной герметичности. В результате большая часть кинетической энергии расходуется на раз- . рушение уплотнительного элемента, что приводит к преждевременному выходу из строя клапана. Создана-методика выбора минимально необходимой мощности привода РМК.

5. Для исследования динамики работы РМК, расчёта напряжён- ' ного состояния резинового УЭ при его динамическом взаимодействии с седлом и сокращения времени выполнения проектно-конструкторс-ких работ разработаны программы для ВЗ ЭВМ, позволяющие автоматизировать поиск оптимальных, с точки зрения повышения ресурса, конструктивных параметров клапана и его привода.

6. Разработана методика проведения экспериментальных исследований влияния эксплуатационных и конструктивных параметров РМК на его ресурс. Эксперименты подтвердили правильность выбора расчётных схем и допущений, достаточную точность для практического применения разработанных методов расчёта составных частей РМК.

.7. Результаты исследований положены в основу технических материалов по определению динамических характеристик РМК, расчету резиновых уплотнительных элементов, рекомендаций по выбору привода и конструктивных парамеаров малогабаритных РМК. Реализация разработанных предложений за счет повышения ресурса арматуры при снижении её стоимости и энергоемкости обеспечила экономический эффект в размере 43,6 тыс.руб.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Долотов A.M., Комаров М.С., Филатов Л.П. Определение коэффициента трения в конических клапанах парах с упругим седлом. Технологичное'машиностроения и динамическая прочность машин: Вестник Львов.политехи.ин-та № 156. - Львов: Вшца школа. Изд-во при Львов, ун-те, 1981.. - С. 32-34.

2. Долотов A.M., Филатов Л.П., Яськов В.В. Динамика закрытия клапана с електромагнитвдм приводом / Львов. политехи, ин-т.

' - Львов, 1984; - 10 о. -Деп.. в Укр. НИИШИ 31.07.84., IP 1304 Ук - 84 Деп. - ' . . г -

3. СтратинеВский Г.Г., Филатов Л.П. Исследование динамики закрнтаяклапаня в пневматическим приводом / Львов. политехи. ин-т. - Львов, 1984. - 7 с. - Деп. в Укр. НИЩИМ 28.04.84., Г 774 Ук -

84 Деп.

4. Филатов Л.П. 0 контактном взаимодействии элементов уплотнения резинометаллического клапана / Львов, политехи.ин-т. -Львов, 1985. - 13 с. - Деп. в Укр. НИИНТИ II.I0.85, Р 2511 Ук -

85 Деп.

. 5. Филатов Л.П. О динамическом нагружении резинового уплот-нительного влемента резинометаллического клапана / Оптимизация производительных процессов и технический контроль в машиностроении: Вестник Львов.политехи.ин-та № 199. - Львов: Вища школа. Из-во при Львов-.ун-те, 1985. - С. 81-83.

6. Филатов Л.П. Динамика закрытия резинометаллического клапана с электромагнитный приводом / Львов.политехи;ин-т. - Львов, 1986. - 15 с. Деп. в Укр. НИШИ.29.07.86, Н? 2363 - Ук 86.

7. Филатов Л.П., Марчук М.В. О контакте несжимаемого кругового цилиндра с кольцевым штампом криволинейного профиля / Львов.политехи.ин-т. - Львов, 1986. - 16 с. - Деп. в Ук. НИИНТИ 24.06.86.,

8. Яськов В.В., Долотов A.M., Филатов Л.П, К вопросу выбора расчетной схемы нагружения уплотнительных элементов затворов. / Львов.политехи.ин-т. - Львов, 1984. - 7 с. - Деп. в Укр.. НИИШИ 11.04.84., № 645 Ук - 84 Деп. \