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气阀阀片动应力测试研究

分类:应力应变测试    关键词:应力测试

环状阀是活塞式压缩机关键部件之一,其环状阀中易损零件主要为阀片和阀簧。气阀在工作时,阀片要不断撞击升程限止器和阀座,要承受弯曲交变循环载荷和重复撞击载荷。本文通过试验对气阀阀片进行瞬态应力测试,分析其在工作状态下的应力水平,为气阀的设计及提高阀片的使用寿命提供了试验依据。

阀片瞬态应力测试

压缩机的转速一般为每分钟几百转甚至近千转,所以阀片在工作时运动效率较高,另外气阀的结构形状又比较复杂,所以给应力测试带来一定的难度。在测试中,必须对应变片的粘贴及引线的焊接,采取一定的保护措施。

应力测试方案

阀片主要受力为工作时阀片两侧压力差引起的均布载荷与气阀开启时与阀挡的撞击载荷。根据阀片受力情况,测点选择在阀片的平均直径处,每环两个测点。一个测点布置在弹簧支承处(测点1),另一个测点布置在两弹簧支承中间(测点2),每个测点周向和径向互相垂直贴两片,组成半桥回路,以消除温度的影响。

考虑到气阀在工作时运动效率较高,气流速度较快,测试中还必须对应变片和导线进行可靠保护。实验中根据阀片的宽度尺寸限制采用1*1mm电阻应变片,选用502快干胶粘贴,在气阀中引线采用漆包线。为防止气流冲刷,贴好的应变片及漆包线均采用环氧树脂加以保护。

动态应力数据分析

为了分析阀片应力受负荷变化的影响,对机器在不同工况下应力曲线分别进行了录测。

从曲线上看几乎无变化的直线是测点2。变化幅度较大的是测点1。

根据所测的应力及应力波形可看出以下特点:

1. 阀片材料30CrMnSIA的强度极限σb=1122MPa,阀片的实际应力幅值低于强度极限。但它在开启至关闭过程中,由于受到撞击,应力变化频率较高。本次测试使用时标是0.01s,经计算可知频率约为1000Hz/s,所以它是一个高频交变应力。

2. 阀片的实际应力曲线表明,撞击应力虽然能量不高,但频率很快。是阀片破坏的主要因素。在启动时撞击应力幅值最大。

3. 每一循环中撞击应力最大幅值发生在阀片开启瞬间。之后,撞击应力幅值和频率逐渐减小,在振动中阀片关闭。

4. 阀片的实际应力曲线表明的另一特点就是气阀阀片的运动规律直接影响撞击应力的幅值与频率。而对气阀两侧压力差所引起的弯曲应力变化几乎无影响。

总结

1. 采用电阻应变片实测气阀阀片的瞬态应力,可准确测出任一瞬时应力波形及测点处的应力值。这将有助于阀门的强度分析和机器的故障诊断。

2. 电阻应变片具有频率响应快,测量精度高等优点。阀片厚度一般在1mm以上,测量误差可忽略不计。测量所采用仪器均为常规仪器,测试方便。

3. 本文实测数据,都是在试验机器上测得。试验机器的气阀阀片颤抖,撞击应力的频率与幅值过大。


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