237 / 457
Материаловедение, динамика и прочность машин и механизмов
237
удельные и погонные нагрузки, необходимые для обеспечения герметичности затворов, определяют-
ся по эмпирическим формулам 60 - летней давности и количественно не связаны с нормами герме-
тичности по ГОСТ Р 54808-2011.
На наш взгляд, в этом случае должны быть разработаны нормативные документы в виде про-
граммных средств, определяющих оптимальное сочетание исходных конструктивных параметров и
усилия герметизации, обеспечивающих заданные нормы герметичности и ресурс. Современная тео-
рия проектирования предполагает генерирование значительного числа вариантов проектируемого
узла для поиска лучших технических решений. Применительно к проектированию затворов ТА это
возможно при математическом описании процесса герметизации, включающем: напряженно-
деформированное состояние в зоне контакта; контактирование шероховатых поверхностей под дей-
ствием сжимающих напряжений; истечение рабочей среды через уплотнительный стык; влияние осо-
бенностей эксплуатации. Решение перечисленных вопросов составляет научную основу для опти-
мального проектирования затворов ТА [1].
Целью исследований является определение оптимального сочетания конструктивных пара-
метров затвора ТА конусного типа при действии среды «под золотник» (рис.1) с начальным контак-
том вдоль линии или вдоль полосы (рис. 2). При
2
имеем плоский затвор.
Исходные данные
на проектирование включают: номинальный диаметр
DN
(или средний
диаметр зоны уплотнения
c
d
); требуемую герметичность
l
G
(для жидкости), или
l
Q
(для газовой
среды); вид герметизируемой среды, ее давление
p
, динамическая вязкость
, температура
Τ
; дейст-
вие среды – «под золотник», «на золотник» или «с разгруженным золотником»; срок службы
**
c
N
циклов «закрыто - открыто», из них
**
c
N
циклов при отсутствии давления под клапаном,
1,0
;
другие возможные характеристики и показатели.
Необходимо определить такое сочетание исходных конструктивных параметров, чтобы ос-
новные требуемые свойства
прочность, герметичность и долговечность обеспечивались минималь-
ным усилием герметизации, что обеспечит минимальные массогабаритные характеристики.
Допустим, что каждое из контактирующих тел (выступ седла и золотник) вблизи участка кон-
такта рассматриваем как упругое полупространство. Погонное усилие
l
q
связано с осевым усилием
N
соотношением
.
c
l
d
N q
Общее осевое усилие
N
состоит из суммы
,
p
q
N NN
где
q
N
составляющая, необходимая для создания требуемого гидравлического сопротивления
в уплотнительном стыке;
p
N
составляющая, необходимая для компенсации действия среды;
,
4
2
p d N
c
p
следовательно,
.
4
pd
d
N
q
c
c
q
l
При скольжении поверхностей нормальная удельная и касательная нагрузки
,
cos
sin
l
ln
q
q
,
ln
l
q q
где
коэффициент трения.
Формулирование пространства исходных параметро
в. При формировании пространства
исходных параметров
i
принимаем
b
1
,
r
2
,
3
;
где
1
1
0
,
2
2
2
,
2
3
,
arctg
,
коэффициент трения. Здесь
b
начальная ширина зоны контакта,
r
радиус скругления,
угол конусности.