622.284.54-33 Экспериментально изучаются крутильные и продольные колебания шарового затвора обратных разгрузочных клапанов в различных режимах его работы и их зависимость от основных параметров системы. Рассматриваются методы борьбы с крутильными колебаниями, показано, что несложными конструктивными изменениями долговечность клапана может быть увеличена более, чем в 4 раза

Горбунов, Валерий Федорович

Гринс, Л. Н.

Франк, Э. Г.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

ИЗ В Е С Т И ЯТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГОКРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВАТом 263 1975ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ОБРАТНЫХ КЛАПАНОВ ТИПА ЭКОР МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙВ. Ф. ГОРБУНОВ, Л. Н. ГРИНИС, Э. Г. ФРАНКВ последние годы в угольной промышленности в широких промыш­ленных масштабах осуществляется комплексная механизация работ в очистных забоях с применением гидрофицированных механизирован­ных крепей. Особенностями гидропривода механизированных крепей яв­ляются: применение в качестве рабочей жидкости водо-масляной эмуль­сии, высоікие значения рабочих давлений, развиваемых в замкнутых гидросистемах гидравлических стоек (до 800 кг/см2), большая протя­женность гидравлических коммуникаций (200±250 м), работа в загряз­ненных условиях, высокие требования к надежности и долговечности элементов и систем в целом. В связи с указанными специфическими осо­бенностями гидропривод механизированных 'крепей существенно отли­чается по своим схемам, конструктивным решениям и эксплуатацион­ным показателям от гидросистем других отраслей машиностроения.Учитывая, что, во-первых, долговечность отдельных элементов гид росистем крепей весьма ограничена [1, 2], во-вторых, вопросы динами­ки гидропривода механизированных крепей рассмотрены в литературе недостаточно полно [3], целесообразно изучение динамических процес­сов, протекающих в гидростройках и долговечности деталей и узлов [1 .2 ] .По данным завода-изготовителя (завод «Пневматика», г. Ленин­град) и ряда шахт Кузбасса, самым недолговечным элементом гидро­систем стоек является обратный клапан ЭКОР.В настоящей работе приведены результаты экспериментальных ис­следований динамических характеристик и возможности увеличения долговечности управляемого обратного разгрузочного клапана типа ЭКОР с шаровым затвором и пластмассовым (смола П-68) седлом.Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на специальном стенде, позволившем изменять параметры и режимы работы клапана в широком диапазоне и регистрировать основ­ные процессы, протекающие в клапане, в установившихся и переходных режимах. На рис. 1 приведена пр-инципиальная схема клапана ЭКОР и датчиков, необходимых для регистрации переходных процессов в кла­пане. Назначение и принцип работы клапана описаны в работе [1].Для регистрации переходных процессов в клапане применялись сле­дующие датчики (рис. 1):1. Три тензометрических датчика давления Д а ,  Д в  и  JXc для изме­рения давления P a в  п о л о с т и  Ai соединенной с замкнутой поршневой89полостью высокого давления гидростойки, давления P b в полости В слива и давления P c в полости С разгрузки стойки соответственно.2. Индуктивный датчик 1 перемещения х упора 6 клапана.> <* <P <1 1I ( <11 ' < <ч ,? & ?— XРис. 1. Принципиальная схема обратного клапана типа ЭКОР и датчиков давлений, перемещения затвора и вращения шарика.3. Датчик 2 скорости со вращения шарика клапана, выполненного в виде жесткого тонкого стержня, впаянного одним концом в шарик. На другом конце стержня смонтирована легкая вертушка, отражающая сигналы фотоимпульсного строботахометра, который регистрировал скорость вращения вертушки.Регистрация переходных процессов осуществлялась с помощью шлейфового осциллографа H -105.Экспериментальные исследования показали, что наиболее тяжелы­ми режимами работы клапана, с точки зрения динамических нагрузок и долговечности, являются:1. Режим «разгрузка» стойки, который заключается в открывании клапана с помощью толкателя 3 под действием давления Р[с и опо­рожнении полости А стойки.2. Режим «распор» стойки, заключающийся в заполнении жидко­стью и повышении давления замкнутой полости А стойки до давления настройки переливного клапана насосной станции. В конце цикла «распор» силы статического давления, действующее на затвор, уравновешиваются, и под действием пружины 4 клапана происходит его закрывание.Режим «разгрузка» сопровождается интенсивными продольными колебаниями подвижной системы (упор 6, шарик 5 и толкатель 3) кла­пана и колебаниями давлений P a и P c в  системе. На рис. 2 приведена типичная осциллограмма переходных процессов в клапане в момент от­крывания клапана в режиме «разгрузка». Из осциллограммы видно, что амплитуда х колебаний упора составляет в среднем 0,5 мм, амплитуда изменения давления P a в  полости стойки—*200 кг/см2, причем заброс давления достигает 50% от начального давления (320 кг/см2), амплитуда изменения давления P c в полости разгрузки клапана — 10 кг/см2; ча­стота колебаний составляет приблизительно 150 гц, что соответствует собственной частоте колебаний подвижной системы.Высокочастотные колебания затвора с значительной амплитудой являются одной из причин износа седла, упора и пружины клапана, что подтверждается тем, что вышедшие из строя детали клапана (по дан­ным лабораторных и производственных испытаний в этом режиме) имеют признаки усталостного разрушения.90Забросы давления P a в  п о л о с т и  стойки, протекающие с большой скоростью и высокой частотой, вызывают значительные ударные на­грузки подвижных элементов и являются причиной преждевременного выхода из строя гибких рукавов высокого давления, быстрого износа уплотнений и других элементов гидросистемы [3] вследствие усталост­ных разрушений, что также подтверждается практикой эксплуатации гидростоек и лабораторными испытаниями клапана на долговечность.ВоРис. 2. Осциллограмма переходных процессов в клапане в режиме «разгрузка»В режиме «распор» стойки, кроме продольных колебаний, выявлены интенсивные крутильные колебания шарика, упора и пружины клапана. Эти колебания обусловлены, во-первых, гидродинамическим действием струи жидкости, сопровождающимся строго периодическим срывом вих­рей на обтекаемом теле вращения и, следовательно, возникновением периодической силы, действующей в поперечном движению потока жидкости направлении [4], и, во-вторых, наличием у затвора второй степени свободы в направлении, перпендикулярном оси клапана (дви­жению потока), вследствие значительного радиального зазора между упором и корпусом клапана.Экспериментально была выявлена зависимость скорости вращения to шарика от основных параметров системы. Наибольшее влияние на скорость вращения шарика оказывает объемный расход Q жидкости, протекающей через клапан, и жесткость с пружины упора (рис. 3). Характер зависимости скорости со от основных параметров системы со­гласуется с теорией отрывных течений в пограничном слое [5], что ка­чественно подтверждает природу возникновения крутильных колебаний шарика клапана. Важно отметить, что скорость вращения шарика зна­чительна (рис. 3) и при самом неблагоприятном сочетании параметров (в реальном диапазоне их изменения) достигала 6000 об/мин. При столь больших скоростях вращения шарика совместно с упором и пру­жиной клапана при значительных радиальных зазорах в соединениях возникают значительные ударные нагрузки и силы трения, вызываю­щие интенсивный износ седла (рис. 4, а), упора (рис. 4, б) и других деталей клапана.Несложные конструктивные изменения клапана, предотвращающие основные причины продольных и крутильных колебаний, позволили зна­чительно уменьшить износ деталей клапана. На рис. 4 приведены фотографии седла (рис. 4, а) и упора (рис. 4, б) клапана серийного91изготовления (заводом «Пневматика») и эти же детали (рис. 4, в и 4, г) клапана усовершенствованной конструкции, сделанные после испытаний на долговечность в лабораторных условиях, максимально приближенных к реальным, при одинако­вых условиях и длительности испытаний по полному циклу работы клапана.Производственные испытания иа шахте «Полысаевская-1» Кузбасса се-Рис. 4. Характерный износ деталей клапана после испы­таний на долговечность: а) сед ­ло и б) упор клапана серий­ного изготовления, в) седло  и г) упор усовершенствован­ной конструкции клапана. И с­пытания проводились в одина­ковых условияхРис. 3. Зависимость скорости вращения шарика клапана от расхода жидкости, про­текающей через клапан, в режиме «рас- пор» и жесткости пружины затвораI& 260 Ïтa 12 16 22 XС [пг/см]О P4 =SOvkM2 ѵРд -IOrrIcM2 -P4 -GQtrfeM1рии клапанов типа ЭК OP усовершенствованной конструкции, из­готовленных в лаборатории гидроавтоматики ТПИ показали, что срок их службы по сравнению с долговечностью клапанов серийного изго­товления увеличился более, чем в 8 раз.ЛИТЕРАТУРА1. В. Н. Х о р и н ,  С. В.  М а м о н т о в ,  В. Я. К а ш т а н о в а .  Гцдравлическне си­стемы механизированных крепей. М., «Недра», 1971.2. Э. Г. Ф р а н к ,  Л. Н. Г р и н и с. Исследование динамических характеристик предохранительного клапана типа ЭКП гидравлических стоек механизированных кре­пей. Сб. «Автоматизация производственных процессов в машиностроении». Часть 4, Томск, изд-во Томского университета, 1970.3. И. А. З а к у т е  к и й ,  А. А. К о р а б л е в. О гидроударах в гидросистемах шахтных механизированных крепей. Сб. «Горнорудные машины и автоматика». Вып. 2, М., «Недра», 1966.4. Н. С. М а р е й  н. Определение подъемной силы для кругового цилиндра, колеб­лющегося в потоке жидкости. Труды МЭИ, вып. 32, М., 1959.5. Я. Ц. Фын .  Введение в теорию аэроупругости. М., Изд-во физико-матемзгн- ческой литературы, 1959.

Исследование динамических характеристик и долговечности обратных клапанов типа ЭКОР механизированных крепей

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University