в качестве расчетного принимается [13] меньшее из двух значений [а*а]. Формулы применимы для [Л]г10в циклов.

г=а-г1 az=amin/amax=-77,25/12,35=-5,85.

Согласно [13] принимаем г=-1. Коэффициент запаса /Za=2 и п=\0 [13]. Для стали 08Х18Н10Т и температуры /=100°С if =53%, m=0,5, ав = 460 МПа, aU= = 0,4ав=0,4-4б0=184 МПа. Тогда

Ка1 =

2,3-2,02-10 , 100

- 1\ 100 -

1841 -Р

460 1 + 1 ,

--==111 МПа;

2,3-2,02.10° . 100 1 - 1 100-53

4(10.10 ) -Ь j-q-f

г= 196 МПа.

184 1 - 1 -

460 1 -f /

В качестве расчетного принимаем [а*а] = 1И МПа:

аа = 81,4 МПа<[а*а] = 111 МПа. аа = 91,57 МПа<[а*а] = 111 МПа. Условие прочности выполнено.

Последовательность поверочного прочностного расчета трубки, нагруженной внутренним избыточным давлением рабочей среды и выполняющей функции магнитопровода и каркаса катущки (рис. 20,а), рассмотрим на примере со следующими исходными данными: материал втулок 3, 1 и фланца 7 -сталь 12X17, материал кольца 2 -сталь ОХ18Н10Т; расчетная температура стенки трубки tp= =150°С; расчетное избыточное давление внутри трубки Рр=7,5 МПа; внутренний и наружный диаметры втулок и кольца Z)b=1,8-10-2 м, Z) = 2,0-10-2 м; механические свойства материалов втулок и кольца при расчетной температуре р; радиус скругления перехода наружной поверхности втулок к фланцу /? = 0,2-10 2 м. Проектный расчет геометрических размеров такой трубки проводится при расчете магнитной системы и обмоточных данных АЭМП.

Для стали 0Х18Н10То50г=440 МПа; Од = 200 МПа; 1,15о=520/ ; £1502-105 МПа.

За допускаемое напряжение при расчетной температуре кольца 2 и втулок 1, 3 принимается наименьшее из значений

[a ] = min(a>,; a J .,)=. (440/2,6; 200/1,5) = 133 МПа,

где га =2,6; /го.2=1,5 [13]. Для стали 12X17

о° = 460 МПа; = 20 МПа; фгЗО /,; f ° = 2-10 МПа; [a ]=min (460/2,6; 280/1,5)=176 МПа. Толщины стенки втулок и кольца

v=0,5(£) -Da) =0,5(2,0-1,8) 10-2 = 0,1-10-2 м.

1. Общие мембранные напряжения

am=pp(£)B-bv)/2v=7,5(l,8+0,1 )Х Х10-2/2.0,1-10-2=71,25 МПа.

Для стали 12X17 0=71,2 МПа<[а ] = 176 МПа, т. е. условие прочности выполнено.

Для стали 0Х18Н10Т 0=71,25 МПа<[а ]=133 МПа, т. е. условие прочности выполнено.

2. Размах приведенных напряжений он- В месте перехода наружной цилиндрической поверхности втулки к фланцу действует осевой изгибающий момент [1]

М=рр/(2р2),

где р - параметр цилиндрической оболочки [1]:

р = 1,285К;

Гст - средний радиус стенки втулки и кольца:

r =0,5(Z)e+v) =0,5(1,8-0,1) 10-2 = 0,95-10- м. Напряжение от осевого изгибающего момента а = 1,82ррГст /V = 1,82 - 7,5 - 0,95Х Х10-2/0,1-10-2=130 МПа.

Принимаем, что фланцы каркаса достаточно жесткие [18], тогда размах приведенных напряжений

од= Ом I; ан=130 МПа.

Условие прочности ая2,5 [он]. В нашем случае ая= = 130 МПа<2,5-176=440 МПа. Условие прочности выполнено (материал фланцев 12X17).

3. Амплитуда приведенных напряжений (расчет на циклическую прочность). Коэффициент асимметрии г=

= атг /а> ал:=-а /0=-130/0=-оо. Принимаем [13] г=-1.

Допускаемая амплитуда приведенных напряжений [а*а] для стали 12X17 равна меньшему из значений [13]

[<] =

[°*а]

2,ЗЕ

2.3Е

Л 100- ф

. 1 +

Формулы применимы до [Л]:10 циклов. Коэффициенты запаса

п2; пЮ; т0.5; ф = = 50 /о; о1=0,4о; о =0.4.460 = 184 МПа.

* В 1

Тогда

1 *а]--

2,3-2-10

- П 100 - 50 +-

[°*а]=-

4(io ) . +-pq-f

= 109,5 МПа;

2.3-2-10 , 100

*g 100 - ;

7 184 1 -1\ - (1 +460 1 + 1

(io-io )0 + q:{

1 -

1841-1

100 - 50 ,

460 1 + 1

= 220 МПа.

В качестве расчетного принимаем меньшее значение

а*а=109,5 МПа.

Амплитуда приведенных напряжений в месте перехода наружной поверхности втулки к фланцу

аа=0,5/Са(1я,

где Ка - коэффициент концентрации напряжений, выбирается по [1].

При радиусе скругления перехода /?=0,2-10- м R/v=0,2 10-0,1 10-2 = 2,0; А:а=1,5; аа=0,5-1,5-130=97,5 МПа.

Условие прочности выполнено, так как аа<[а*а] = = 109,5 МПа.

При /?=0,1-10-2 м

/?/v=0,1-10-2/0,1-10-2=1; Ка\,7; аа=0,5-1,7-130=110,5 МПа.

Условие прочности не выполнено, так как aa>ta*a1 - = 109,5 МПа.

Приведенные расчетные формулы справедливы при соблюдении соотношения

/,>2,5К

В электромагнитных приводах трубопроводной арматуры указанное соотношение практически выдерживается [18].

С целью упрощения технологии изготовления герметизирующая трубка может быть изготовлена целиком из магнитно-мягкого материала. Это допустимо, когда можно пренебречь потерей части МДС из-за шунтирования рабочего зазора, например когда к АЭМП не предъявляются ограничения по потребляемой электроэнергии и массо-габаритным характеристикам. Цельные трубки из магнитно-мягкого материала находят применение в АЭМП с импульсным питанием или большим радиусом сердечника и высоким давлением рабочей среды. Индукция в рабочем зазоре и магнитопроводе должна быть значительно больше индукции насыщения трубки в зоне рабочего зазора, чему может способствовать местное утоньшеиие стенки в этой зоне. При этом магнитный поток, который проходит по стенке, минуя рабочий зазор, много меньше, чем в последнем. Потери можно снизить, выполнив равные сечения магнитопровода по всей длине магнитной цепи.

13. МАГНИТОПРОВОД и ВОЗВРАТНЫЕ ПРУЖИНЫ

Магнитопровод. Магнитопровод служит для увеличения магнитного потока, его концентрации в определенной части привода, а также придания магнитному полю желаемой конфигурации. В состав магнитопровода входят подвижный сердечник, ярмо и полюс. В отдельных конструктивных исполнениях полюс, а также часть ярма отсутствуют. Материал магнитопровода должен обладать низкой коэрцитивной силой, высокой магнитной индукцией насыщения и узкой петлей гистерезиса, что позволяет снизить потери на его перемагничивание. При проектировании магнитопровода выбираются магнитно-мягкие материалы с достаточно высокой относительной магнитной проницаемостью Цг-Меньшие значения Цг (меньшая крутизна линейной части основной кривой намагничивания) вызывает повышение потребляемой мощности или возрастание габаритов и массы АЭМП. Кроме того, материал магнитопровода должен обладать достаточной технологичностью при механической обработке и при сварке с маломагнитными коррозионно-

стойкими материалами. Использование для изготовления магнитопроводов, работающих в агрессивной среде, электротехнических нелегированных сталей (ГОСТ 11036-75) или качественных конструкционных сталей марок 10 и 20 (ГОСТ 1050-74), обладающих высокими магнитными свойствами, практически невозможно из-за интенсивной коррозии этих сталей, что приводит к выходу из строя исполнительного механизма арматуры и загрязнению рабочей среды. По этой причине детали магнитопроводов встроенных герметичных АЭМП, непосредственно контактирующие с агрессивной рабочей средой, выполняются из коррозиониостойких сталей марок 12X17, 14Х17Н2, 08Х17Т. Для несварных конструкций магнитопровода наиболее перспективен прецизионный сплав 16Х. В ряде случае детали магнитопровода из указанных материалов имеют дополнительное покрытие с целью защиты от коррозии и уменьщения трения. При нейтральных и слабоагрессивных средах, а также в блочных АЭМП детали магнитопровода выполняются из низкоуглеродистых электротехнических сталей марок 10895, 10880, 10864 и малоуглеродистых сталей марок 10 и 15Л. Эти детали для защиты от коррозии и декоративной отделки подвергаются: трущиеся поверхности - покрытию твердым или молочным хромом, а не покрытые им внутренние поверхности - химическому оксидированию с хроматированием. Неподвижные поверхности кадмируют-ся с хроматированием или химически фосфатируются. На рабочих чертежах деталей указываются размеры и щеро-ховатость поверхности после покрытия. Допускается указывать на чертеже одновременно размеры и шероховатость поверхности до и после покрытия.

Наружные теплоотводящие поверхности корпусов АЭМП подвергаются черному электролитическому никелированию, кадмированию с хроматированием, например КдЗОХр, химическому фосфатированию с хроматированием или окраске эмалями черного цвета, например ПФ-115.

Для исключения залипания сердечника поверхность его торца в ряде конструкций покрывают слоем 15 мкм молочного хрома с подслоем 21 мкм меди. В отдельных исполнениях АЭМП толщина подслоя меди достигает 500 мкм.

В ряде случаев по условиям работы, например прн агрессивной рабочей среде (морская вода) и недопустимости гальванической пары, возникает необходимость применения коррозиониостойких магнитных материалов со значительной коэрцитивной силой, например стали 14Х17Н2. При изготовлении деталей магнитопровода из сталей с повышенной коэрцитивной силой, а также для обеспечения

нормированного значения тока или напряжения отпускания [8] на торцах сердечника или полюса устанавливается немагнитная прокладка из стали 08Х18Н10Т толщиной от 0,1 до 2,5 мм. Прокладка может быть в виде колпачка, закрепленного точечной сваркой на конусе сердечника, в виде ступенчатой втулки или валика, запрессоцанного в центральное отверстие сердечника, и т. п. Для большинства конструкций АЭМП постоянного тока толщина немагнитной прокладки составляет бн,п= (0,05--0,3)бо. При этом большему ходу сердечника соответствует меньшее значение числового коэффициента в скобках. Эта зависимость носит ориентировочный характер и может использоваться только на этапе проектного расчета. Утолщение немагнитной прокладки приводит к увеличению зазора б, а следовательно, к уменьшению номинального тягового усилия. В АЭМП переменного тока наличие немагнитной прокладки в рабочем зазоре приводит также к повышенному нагреву обмотки, увеличению потребляемой мощности и возрастанию акустического шума от пульсации сердечника. Поэтому в АЭМП переменного тока немагнитная прокладка на торце сердечника применяется в случае необходимости использования магнитных сталей с высокой коэрцитивной силой и толщина ее не должна превышать 0,2 мм.

Конструктивно длина U втягивающегося сердечника должна быть такой, чтобы при 6 = 0 его наружный торец несколько выступал за наружный торец фланца (воротничка). Если наружный торец сердечника утоплен по отношению к наружному торцу фланца, то тяговое усилие Рэк снижается из-за увеличения магнитного сопротивления паразитного зазора между сердечником и фланцем. Увеличение Рэм в конце хода достигается выполнением на сердечнике буртика (рис. 16,г), с помощью которого уменьшается магнитное сопротивление паразитного зазора в области фланца.

Для исключения возможности заклинивания сердечника из-за попадания между ним и герметизирующей разделительной трубкой продуктов износа деталей предусматриваются следующие меры: применение твердых покрытий взаимодействующих поверхностей; задание допусков на сопрягаемые диаметры трубки и сердечника, обеспечивающих кольцевой зазор между ними (0,15-0,5) 10 м при предельных значениях параметров; выполнение пазов или лысок на боковой поверхности сердечника. Указанные меры снижают компрессию при перемещении сердечника, особенно при работе АЭМП в вязких средах, и повышают быстродействие. Наиболее часто применяются следующие