CC BY
1080
58
В.В. Воеводин, К. Г.Буялич
УДК 622.284.54:622.285
В.В. Воеводин, К. Г.Буялич
К ВОПРОСУ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНТАКТНОГО ДАВЛЕНИЯ В УЛОТНИТЕЛЬНЫХ УЗЛАХ
Манжетой называют уплотнительное кольцо сложного сечения, изготовленное из упругого материала, имеющее выступающие рабочие элементы, за счет изгиба и прижатия которых к поверхности сопряженной детали, обеспечивается контакт в уплотнении, которые предназначены для уплотнения штоков плунжеров и поршней силовых гидроцилиндров, работающих в режиме возвратно-
поступательного движения с рабочими жидкостями типа минеральных масел и водомасляных эмульсий[1, 2].
Определение контактного давления в уплотнительных узлах позволяет в дальнейшем, опираясь на полученные значения напряжений, определить
износ уплотнения при его трении о стенки гидроцилиндра.
В работе рассмотрен расчёт уплотнения поршня силового гидроцилиндра на примере манжеты ГОСТ 14896-84 (рис. 1). Расчёт основан на методике, изложенной в работе [3].
На первом этапе создается плоская геометрическая модель уплотнения и граничащих с ним
стенок гидроцилиндра и штока.
Затем выбирается элемент для создания сетки конечных элементов материала уплотнения и задаются его гипер-эластичные свойства.
На третьем этапе создаются контактные пары для имитации взаимодействия манжеты со стенками поверхности рабочего цилиндра 2 (поверхность
ABCDE на рис. 2) и с внутренней поверхностью канавки
тирующая рабочий цилиндр, смещается в горизонтальном направлении до диаметра Б, а внутренняя поверхность канавки поршня до диаметра ^ При этом перемещения происходят навстречу друг другу до нужного зазора между ними, значение которого определяется допусками и посадками (для диаметра 200 мм минимальный зазор составляет 0,025 мм). Во всех ос-
Размеры манжеты
Б, мм 4 мм Н, мм В, мм Ь, мм
200 180 10 14 9,5
поршня 1 (поверхность EFGg). При этом задаётся коэффициент трения, численное значение которого составляет 0,05. Для поверхностей гидроцилиндра и штока задаётся абсолютно жёсткий материал.
При установке манжеты в гидроцилиндр возникают её предварительные напряжения и деформации. Для моделирования этих условий стенка, ими-
тальных направлениях перемещения запрещаются.
Внутренние напряжения манжеты, возникающие при её взаимодействии с цилиндром и поршнем после сборки гидродомкрата, представлены на рис. 3, а, а контактные напряжения на рис. 3, б, из которых следует, что максимальное контактное напряжение составляет
0,39 МПа.
Горные машины и комплексы
59
.Э02315|
.795437
і
2.02а
IV!
л
0 572733 1.145
1.71В
2.291
2.864
Э.4Э6
4.009
4.562
б
Рис 4. Эквивалентные по Мизесу (а) и контактные (б) напряжения манжеты при давлении рабочей
жидкости 5 МПа
а
На заключительном этапе моделируется давление жидкости с помощью распределённой нагрузки, которая воздействует на манжету по поверхности Abcdefg (рис. 2).
Для значения этой распределённой нагрузки в 5 МПа внутренние напряжения пред-
ставлены на рис. 4, а, а контактные напряжения на рис. 4, б.
Из эпюры контактных напряжений определяем участок поверхности рабочей кромки манжеты с максимальным контактным напряжением. Максимальное значение контактного напряжения при действующем
давлении жидкости и заданном зазоре между внутренней поверхностью канавки поршня и поверхностью рабочего цилиндра составляет 5,155 МПа.
Опираясь на полученные результаты расчета, можно определить долговечность манжеты и потери на трение.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Комиссар А.Г. Уплотнительные устройства опор качения: Справочник. -М.: Машиностроение, 1980 -192 с.
2. Справочник механика угольной шахты // А.И. Пархоменко, В.И. Остапенко и др. -М.: Недра, 1985. -448с.
3. Буялич К.Г. Расчёт манжеты для уплотнения поршня силового гидроцилиндра // Информационные недра Кузбасса: Тр. III регион. науч.- практич. конф. - Кемерово: Изд-во ИНТ, 2004. - С. 268-269.
□ Авторы статьи:
Воеводин Владимир Васильевич
- ст.преп. каф. горных машин и комплексов
Буялич
Константин Геннадьевич
- программист Центра новых информационных технологий
