Войти
Проект-Технарь
Справ конструктора
В этом разделе размещены статьи и учебные материалы
необходимые для вас расчёты, графики, примеры, чертежи и схемы
Также на нашем сайте Вы можете скачать дипломную работу,
курсовую работу, конструкторскую работу, чертежи
Наши контакты:
+7(903) 982 12 16, admin@studiplom.ru
Меню


Обратная связь

Силовой расчёт отсечного клапана ч.1.

Одним из важных этапов проектирования изделий является выполнение силового расчёта конструкции. Под силовым расчётом понимается определение сил действующих на каждый элемент конструкции при совершении изделием своих функций.

Исходные данные расчёта.

Рассмотрим пример силового расчёта отсечного клапана. Для этого изначально укажем технические характеристики клапана, опишем его функциональное назначение и принцип работы. Это будут основные исходные данные для расчёта. Дополнительными исходными данными являются сборочный чертёж изделия и чертежи деталей, из которых берутся необходимые для расчёта размеры деталей и узлов и их материалы.
 Технические характеристики клапана:
- номинальный диаметр, DN – 10 мм;
- номинальное давление, PN - 200 кгс/см2;
- рабочая температура – от 5°С до 45°С;
- рабочая среда – азот;
- рабочий ход золотника, h – 8 мм;
- направление потока рабочей среды – на и под золотник;
- давление управляющего воздуха, Рупр – 75 кгс/см2;
- материал уплотнения – фторопласт.

Общий вид отсечного клапана (положение «закрыто»)

Данный клапан предназначен для дистанционного перекрытия потока рабочей среды в магистрали (трубопроводе). Дистанционное управление обеспечивается посредством пневматических линий управления, по которым передаётся давление управляющей среды – воздуха.

Рассмотрим принцип работы клапана в различных режимах и положениях.

Работа клапана без подачи рабочей среды.

Положение 1 – исходное положение клапана при отсутствии управляющего давления в патрубке 3 и патрубке 4 – «закрыто». Это положение обеспечивается за счёт прижатия золотника поз. 1 к седлу корпуса поз. 2 пружиной поз. 3, при этом сильфон поз. 4 находится в свободном состоянии. Для перевода клапана в положение «открыто» (положение 2) необходимо подать управляющее давление в патрубок 3, при этом возникнет перепад давления над и под поршнем поз. 5, который обеспечит подъём поршня поз. 5 и за счёт резьбового соединения поршень поз. 5 потянет за собой шток поз. 6 и золотник поз. 1, которые соединены между собой геометрическим замыканием. При подъёме штока поз. 6 будет происходить сжатие сильфона, обеспечивающего герметичность относительно внешней среды и сжатие пружины поз. 3. Для обратного перевода клапана в положение «закрыто» (положение 1) необходимо снять давление в патрубке 3 и подать давление в патрубок 4, при этом возникнет перепад давления над и под поршнем поз. 5, который обеспечит опускание поршня поз. 5, штока поз. 6 и золотника поз. 1. Также для перевода в положение 1 будет достаточно убрать давление из патрубка 3, при этом пружина поз. 3 переведёт поршень поз. 5, шток поз. 6 и золотник поз. 1 в «нижнее» положение.
Работа клапана с подачей среды на золотник (из патрубка 1 в патрубок 2).
Для достижения положения «закрыто» (положение 3) и обеспечения герметичности в затворе необходимо в патрубок 4 подать управляющее давление, а из патрубка 3 убрать. Для перевода в положение «открыто» (положение 4) необходимо подать управляющее давление в патрубок 3 и убрать управляющее давление из патрубка 4.
Работа клапана с подачей под золотник (из патрубка 2 в патрубок 1) аналогична работе с подачей среды на золотник. Различие будет в действующих при этом усилях, создаваемых рабочей средой. Обозначим положение «закрыто» при данном режиме работы – положением 5, а положение «открыто» - положением 6.

Составление уравнений равновесия

Теперь рассмотрим каждое положение с точки зрения действующих на золотник поз. 2 сил, их направлений и равнодействующей. Так как вес деталей на много меньше усилий необходимых для управления клапаном, им пренебрегаем. Это допущение позволяет не учитывать ориентацию клапана в пространстве.

Положение 1 – рабочее давление отсутствует, давление управления в патрубках 3 и 4 отсутствует, клапан в положении «закрыто»:
- пружина сжата и создаёт усилие в направлении закрытия клапана (F1);
- резиновое кольцо поз. 7, являющееся уплотнением поршня поз. 5, создаёт силу трения (F2), её направление противоположно, направлению движения;
- резиновое кольцо поз. 8, являющееся уплотнением поршня поз. 5, создаёт силу трения (F3), её направление противоположно, направлению движения;
- сильфон поз. 4 находится в свободном состоянии (F4);
- при опирании золотника поз. 1 на седло корпуса поз. 2 возникает уравновешивающая реакция (R1).

Таким образом, для положения 1 можно записать следующее уравнение равновесия (проекция на вертикальную ось):

- F1 + F2 + F3 - F4 + R1 = 0                                                      (1)

Положение 2 – рабочее давление отсутствует, давление управления в патрубок 3 подано, в патрубке 4 отсутствует, клапан в положении «открыто»:
- пружина сжата и создаёт усилие в направлении закрытия клапана (F5);
- резиновое кольцо поз. 7, являющееся уплотнением поршня поз. 5, создаёт силу трения (F2*), её направление противоположно, направлению движения;
- резиновое кольцо поз. 8, являющееся уплотнением поршня поз. 5, создаёт силу трения (F3*), её направление противоположно, направлению движения;
- сильфон поз. 4 сжат и создаёт усилие в направлении закрытия клапана (F6);
- на поршень поз. 5 действует сила, от управляющего давления со стороны полости А, толкающая его вверх (F7).
- при опирании поршня поз. 5 на корпус поз. 6 возникает уравновешивающая реакция (R2).
Таким образом, для положения 2 можно записать следующее уравнение равновесия (проекция на вертикальную ось):

- F5 - F2* - F3* - F6 + F7 - R2 = 0                                         (2)

 

Продолжение...
Часть 2
Часть 3

Автор статьи Васильев Павел