安全双联阀先导复位弹簧耐久性计算
2020-09-04杨春华
荣 琳,杨春华
(无锡市拓发自控设备有限公司,江苏 无锡 214161)
根据国标GB27607-2011《机械压力机安全技术要求》和最新国际标准ISO16092-2:2018《机床安全压力机第2部分:机械压力机安全要求》的相关规定,明确了安全双联阀是机械压力机重要的安全功能部件。安全双联阀所用的先导电磁阀(以下简称先导阀)是安全双联阀的重要核心部件,通过“K-AQSDFd□系列安全双联阀用先导电磁阀故障失效模式分析”得到:安全双联阀先导复位弹簧(以下简称先导复位弹簧)品质的优劣关系到安全双联阀的可靠性和安全性能水平(PL#,Cat#),因此在产品研发设计阶段对先导复位弹簧进行耐久性计算很有必要。
1 先导复位弹簧计算
K23JDa-2/1先导电磁阀用的先导复位弹簧为等节距的圆锥弹簧,如图1所示,先导复位弹簧参数如表1所示。
表1 弹簧参数
复位弹簧形变量Δx:
复位弹簧所受载荷F:
由方程(1)、(2),可得:
由于R2-R1<nd,弹簧压并时的节距:
联结方程(3)、(4),并将表2中两组形变量Δx带入,可得碰圈圈数i和相应的直径Ri。
先导弹簧并圈开始接触后的弹簧剪应力τ:
表2 形变量
式中:
由方程(4)、(5)、(6)、(7),可得:
经计算,得:
由于先导弹簧变载荷循环次数≥107,因此载荷类型为I类载荷。
当N=107时,弹簧的剪切持久极限分布为(τ-1,στ-1),
式中:Kf——应力集中修正系数,可由图2得到;
Ke——工艺系数,Ke=1+Kp+Kh;
Kp——喷丸强化系数,Kp=0.2;
Kh——热压强化系数,Kh=0.2。
由(9)、(10)可得
根据z值,查正态分布表得:
结论:上述校核计算,先导复位弹簧动作2000万次后,发生断裂失效的概率为零。
2 校核计算验证
从2017年5月至今,10台安全双联阀在实验室条件下进行了可靠性试验(每年按300个工作日计算,每天试验16h,动作频次30min-1,每个阀共计动作2160万次),先导复位弹簧均未出现疲劳断裂。2020年初,复测上述10台安全双联阀的先导复位弹簧,得到先导复位弹簧的预压力变化(变小)均小于2.5%的结果。这再次证明上述计算中所做的设定、所建的计算模型及计算结果是合理、正确的。