環(huán)狀閥是活塞式壓縮機(jī)關(guān)鍵部件之一，其環(huán)狀閥中易損零件主要為閥片和閥簧。氣閥在工作時(shí)，閥片要不斷撞擊升程限止器和閥座，要承受彎曲交變循環(huán)載荷和重復(fù)撞擊載荷。本文通過試驗(yàn)對氣閥閥片進(jìn)行瞬態(tài)應(yīng)力測試，分析其在工作狀態(tài)下的應(yīng)力水平，為氣閥的設(shè)計(jì)及提高閥片的使用壽命提供了試驗(yàn)依據(jù)。
閥片瞬態(tài)應(yīng)力測試
壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)甚至近千轉(zhuǎn)，所以閥片在工作時(shí)運(yùn)動(dòng)效率較高，另外氣閥的結(jié)構(gòu)形狀又比較復(fù)雜，所以給應(yīng)力測試帶來一定的難度。在測試中，必須對應(yīng)變片的粘貼及引線的焊接，采取一定的保護(hù)措施。
應(yīng)力測試方案
閥片主要受力為工作時(shí)閥片兩側(cè)壓力差引起的均布載荷與氣閥開啟時(shí)與閥擋的撞擊載荷。根據(jù)閥片受力情況，測點(diǎn)選擇在閥片的平均直徑處，每環(huán)兩個(gè)測點(diǎn)。一個(gè)測點(diǎn)布置在彈簧支承處（測點(diǎn)1），另一個(gè)測點(diǎn)布置在兩彈簧支承中間（測點(diǎn)2），每個(gè)測點(diǎn)周向和徑向互相垂直貼兩片，組成半橋回路，以消除溫度的影響。
考慮到氣閥在工作時(shí)運(yùn)動(dòng)效率較高，氣流速度較快，測試中還必須對應(yīng)變片和導(dǎo)線進(jìn)行可靠保護(hù)。實(shí)驗(yàn)中根據(jù)閥片的寬度尺寸限制采用1*1mm電阻應(yīng)變片，選用502快干膠粘貼，在氣閥中引線采用漆包線。為防止氣流沖刷，貼好的應(yīng)變片及漆包線均采用環(huán)氧樹脂加以保護(hù)。
動(dòng)態(tài)應(yīng)力數(shù)據(jù)分析
為了分析閥片應(yīng)力受負(fù)荷變化的影響，對機(jī)器在不同工況下應(yīng)力曲線分別進(jìn)行了錄測。
從曲線上看幾乎無變化的直線是測點(diǎn)2。變化幅度較大的是測點(diǎn)1。
根據(jù)所測的應(yīng)力及應(yīng)力波形可看出以下特點(diǎn)：
1. 閥片材料30CrMnSIA的強(qiáng)度極限σb=1122MPa，閥片的實(shí)際應(yīng)力幅值低于強(qiáng)度極限。但它在開啟至關(guān)閉過程中，由于受到撞擊，應(yīng)力變化頻率較高。本次測試使用時(shí)標(biāo)是0.01s，經(jīng)計(jì)算可知頻率約為1000Hz/s，所以它是一個(gè)高頻交變應(yīng)力。
2. 閥片的實(shí)際應(yīng)力曲線表明，撞擊應(yīng)力雖然能量不高，但頻率很快。是閥片破壞的主要因素。在啟動(dòng)時(shí)撞擊應(yīng)力幅值最大。
3. 每一循環(huán)中撞擊應(yīng)力最大幅值發(fā)生在閥片開啟瞬間。之后，撞擊應(yīng)力幅值和頻率逐漸減小，在振動(dòng)中閥片關(guān)閉。
4. 閥片的實(shí)際應(yīng)力曲線表明的另一特點(diǎn)就是氣閥閥片的運(yùn)動(dòng)規(guī)律直接影響撞擊應(yīng)力的幅值與頻率。而對氣閥兩側(cè)壓力差所引起的彎曲應(yīng)力變化幾乎無影響。
總結(jié)
1. 采用電阻應(yīng)變片實(shí)測氣閥閥片的瞬態(tài)應(yīng)力，可準(zhǔn)確測出任一瞬時(shí)應(yīng)力波形及測點(diǎn)處的應(yīng)力值。這將有助于閥門的強(qiáng)度分析和機(jī)器的故障診斷。
2. 電阻應(yīng)變片具有頻率響應(yīng)快，測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。閥片厚度一般在1mm以上，測量誤差可忽略不計(jì)。測量所采用儀器均為常規(guī)儀器，測試方便。
3. 本文實(shí)測數(shù)據(jù)，都是在試驗(yàn)機(jī)器上測得。試驗(yàn)機(jī)器的氣閥閥片顫抖，撞擊應(yīng)力的頻率與幅值過大。
