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 ркр, отвечающее моменту потери клапаном герметичности.
Зависимость ркр — h близка к линейной (рис. 237). Зависимость Q — h молено считать линейной в начальной части. Исследование зависимости котангенса угла наклона кривых pKV — h от 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 рКр, если известны Q и Я.
В уравнении (13.49):
dcp — диаметр окружности вершин профиля седла, см; Ь — ширина профиля седла при данном погружении; h0 — 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 (fQ = I, . ) ; ординаты — средняя удельная нагрузка на резину от усилия вдавливания седла ffp *«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 /?0.
Как показывает рис. 237, экспериментальные значения рЩ1 и расчетные близки.
Зависимость по уравнению (13.49) дает решение и обратной задачи: найти по заданному ркр 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.