安全雙聯(lián)閥先導(dǎo)復(fù)位彈簧耐久性計(jì)算

榮 琳，楊春華

（無(wú)錫市拓發(fā)自控設(shè)備有限公司，江蘇 無(wú)錫 214161）

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB27607-2011《機(jī)械壓力機(jī)安全技術(shù)要求》和最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO16092-2：2018《機(jī)床安全壓力機(jī)第2部分:機(jī)械壓力機(jī)安全要求》的相關(guān)規(guī)定，明確了安全雙聯(lián)閥是機(jī)械壓力機(jī)重要的安全功能部件。安全雙聯(lián)閥所用的先導(dǎo)電磁閥（以下簡(jiǎn)稱(chēng)先導(dǎo)閥）是安全雙聯(lián)閥的重要核心部件，通過(guò)“K-AQSDFd□系列安全雙聯(lián)閥用先導(dǎo)電磁閥故障失效模式分析”得到：安全雙聯(lián)閥先導(dǎo)復(fù)位彈簧（以下簡(jiǎn)稱(chēng)先導(dǎo)復(fù)位彈簧）品質(zhì)的優(yōu)劣關(guān)系到安全雙聯(lián)閥的可靠性和安全性能水平（PL#，Cat#）,因此在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)階段對(duì)先導(dǎo)復(fù)位彈簧進(jìn)行耐久性計(jì)算很有必要。

1 先導(dǎo)復(fù)位彈簧計(jì)算

K23JDa-2/1先導(dǎo)電磁閥用的先導(dǎo)復(fù)位彈簧為等節(jié)距的圓錐彈簧，如圖1所示，先導(dǎo)復(fù)位彈簧參數(shù)如表1所示。

表1 彈簧參數(shù)

復(fù)位彈簧形變量Δx：

復(fù)位彈簧所受載荷F：

由方程（1）、（2），可得：

由于R2-R1＜nd，彈簧壓并時(shí)的節(jié)距：

聯(lián)結(jié)方程（3）、（4），并將表2中兩組形變量Δx帶入，可得碰圈圈數(shù)i和相應(yīng)的直徑Ri。

先導(dǎo)彈簧并圈開(kāi)始接觸后的彈簧剪應(yīng)力τ：

表2 形變量

式中：

由方程（4）、（5）、（6）、（7），可得：

經(jīng)計(jì)算，得：

由于先導(dǎo)彈簧變載荷循環(huán)次數(shù)≥107，因此載荷類(lèi)型為I類(lèi)載荷。

當(dāng)N=107時(shí)，彈簧的剪切持久極限分布為（τ-1，στ-1），

式中：Kf——應(yīng)力集中修正系數(shù)，可由圖2得到；

Ke——工藝系數(shù)，Ke=1+Kp+Kh；

Kp——噴丸強(qiáng)化系數(shù)，Kp=0.2；

Kh——熱壓強(qiáng)化系數(shù)，Kh=0.2。

由（9）、（10）可得

根據(jù)z值，查正態(tài)分布表得：

結(jié)論：上述校核計(jì)算，先導(dǎo)復(fù)位彈簧動(dòng)作2000萬(wàn)次后，發(fā)生斷裂失效的概率為零。

2 校核計(jì)算驗(yàn)證

從2017年5月至今，10臺(tái)安全雙聯(lián)閥在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)（每年按300個(gè)工作日計(jì)算，每天試驗(yàn)16h，動(dòng)作頻次30min-1，每個(gè)閥共計(jì)動(dòng)作2160萬(wàn)次），先導(dǎo)復(fù)位彈簧均未出現(xiàn)疲勞斷裂。2020年初，復(fù)測(cè)上述10臺(tái)安全雙聯(lián)閥的先導(dǎo)復(fù)位彈簧，得到先導(dǎo)復(fù)位彈簧的預(yù)壓力變化（變小）均小于2.5%的結(jié)果。這再次證明上述計(jì)算中所做的設(shè)定、所建的計(jì)算模型及計(jì)算結(jié)果是合理、正確的。