Клапаны

Резинометаллический клапан (рис. 235) состоит из двух ра­ботающих в контакте деталей: резинометаллической — клапана — и металлической — седла. Резина в клапане имеет форму полого цилиндра или шайбы, включенного в гнездо металлической арматуры, привул-канизована к арматуре и свободна лишь по верхней торцовой части. Герметизи­рующая способность клапанов зависит от контактного напряжения на поверхности соприкасающихся деталей, которое в значительной мере определяется упру гими свойствами резины, так как металл седла, по сравнению с резиной, можно считать  абсолютно жестким.

В резинометаллических клапанах твердость практически является един­ственным показателем, который может быть замерен без разрушения резины. Для замера твердости резин в клапанах был модернизирован твердомер Шоппера путем замены шарика стальной иглой с закругленным концом (игольчатый твердомер ТИМ-1). Твердость, замеренная на этом приборе, оценивается показателем Я, являющимся величиной, обратной твердости, и выражается в условных единицах (глубина погружения «щупа» твердомера в резину, равная 0,01  мм).

По зависимости между Я и модулем исследованных резин £₆₀ (после 60-минутного сжатия образца) можно установить вели­чину f’eo- Три исследованные резины из каучука СКС-30 с твер­достью по ТМ-2 85—95 (резина 1); 75—85 (резина 2) и 55—65 (резина 3) следуют, как показывает рис. 236, единой зависимости. Разуплотнение клапана наступает в том случае, если усилия действующей на клапан пружины и управляющего давления  (если оно имеется) оказывается недостаточно для создания напряже­ния в зоне контакта, обеспечивающего необходимую герметич­ность. Для исследования разуплотнения применяли прессовое устройство, снабженное тензометрическим датчиком и осцилло­графом.

Погружая седло в резину до глубины h(по индикатору при­бора), отмечали усилие вдавливания Q. Затем, постепенно повы­шая давление воздуха вплоть до наступления момента разуплот-

нения, находили критическое давление воздуха р_кр, отвечающее моменту потери клапаном герметичности.

Зависимость р_кр — hблизка к линейной (рис. 237). Зависи­мость Q— hмолено считать линейной в начальной части. Иссле­дование зависимости котангенса угла наклона кривых p_KV— hот твердости Я, изменяющейся в процессе старения, позволяет находить глубину погружения h, при которой клапан перестает герметизировать давление среды.

Расчетная яяяигимогть (я 10⁵ Пя)

позволяет   приближенно   найти   критическое   значение   р_Кр,   если известны Q и Я.

В уравнении (13.49):

d_cp — диаметр окружности вершин профиля седла, см; Ь — ши­рина профиля седла при данном погружении; h— толщина рези­нового элемента клапана, см; k, п — экспериментальные коэффи­циенты; Г] — внутренний радиус седла, см.

Экспериментальный коэффициент k введен для учета обстоя­тельств контактной задачи. Он определяется графически в системе  координат:   абсциссы — средняя   удельная   нагрузка   на резину от герметизируемого давления среды (f_Q = I,. ); орди­наты — средняя удельная нагрузка на резину от усилия вдавли­вания   седла ff_p *«s         j — и представляет тангенс угла  между линией этой зависимости и линией /q. Коэффициент k зависит также от показателя Н резины и практически лежит в пределах 0,8—0,9.

Коэффициент п равен отношению модуля резины в клапане к условноравновесному модулю резины £₆о- Коэффициент п отра­жает влияние условий вдавливания фасонного штампа в ограни­ченное упругое пространство; для резин разной твердости он изменяется незначительно (в интервале 2—2; 5);

По заданному Я можно определить Е₆₀, к и h. Величины Ь и п, геометрические параметры, зависящие от h в конкретном клапане, в котором также известны и /?.

Как показывает рис. 237, экспериментальные значения р_Щ1 и расчетные близки.

Зависимость по уравнению (13.49) дает решение и обратной задачи: найти по заданному р_кр усилие Q для его герметизации.

В работе автора и Л. Д. Блох  экспериментально исследо­вано вдавливание жесткого штампа в резиновые пластины. При­менялись три вида штампов: плоские, округленные и конические различных размеров и ряд резин различной твердости и толщины.