Паровая машина локомобиля П-25 снабжена цилиндрическим золот­ником (фиг. 192), который состоит из корпуса 1, поршневых колец 2, уплотняющих зазоры между корпусом золотника и гильзой 3, штока золотника 4, гайки 5, крышек б и 7 С каждой стороны золотника поставлены по два уплотняющих кольца.

Наружный диаметр корпуса золотника подобно поршню выполняется с учетом его теплового расширения.

В некоторых случаях внутренняя полость корпуса золотника делается открытой и используется для пропуска пара, отработавшего в полости стороны вала.

Помимо этой конструкции часто встречаются золотники, которые состоят из двух отдельных поршеньков, надетых и закрепленных на штоке. Эта конструкция применяется для локомобилей типа СК, СТК и СТ и отличается меньшим весом.

Большей частью корпус золотника выполняется литым из серого чугуна марок СЧ 12-28 — СЧ 21-40 и значительно реже — из стали. Материалом для колец служит чугун марок СЧ 12-28 — СЧ 21-40 и специальный. Шток золотника изготовляется из стали марки Ст. 5.

При расчете корпуса золотника на механическую прочность учиты­вают только усилие от давления пара. Противодавлением отработавшего пара, силами инерции и трения, а также собственным весом золотника

30 Гарькуша и Юшина 649.

обычно пренебрегают. Методика расчета корпуса и поршеньков золот­ника аналогична расчету поршня цилиндра.

Расчет золотникового кольца производится совершенно так же, как и поршневого.

Приведем поверочный расчет кольца золотника локомобиля П-25 по следующим исходным данным:

1) диаметр золотника D303 = 65 мм;

2) толщина кольца s = 2,5 мм;

3) длина выреза кольца а — 5 мм

4) ширина кольца h = 6 мм.

Средний радиус кольца в сжатом состоянии находим по формуле (425):

6,5 — 0,25

3,125 см.

Средний диаметр кольца в свободном состоянии получаем по фор­муле (427):

Oe = A* + - f = 6,25+^%6,41c*.

Напряжение изгиба в сжатом кольце при работе определяем по формуле (428), принимая для чугуна £'=8-105 кг/см[41];

aEs

враб - : о

%^зол'кср

= 1565 кг/см2.

0,5-8-105-0,253

= 0,55 кг/см2.

Удельное давление от кольца на стенки золотниковой гильзы под­считываем по формуле (424):

Полученное значение q = 0,55 кг/см2 меньше допускаемой величины 0,6—0,7 кг/см2.

Напряжение изгиба в кольце при надевании вычисляем по фор­муле (428):

1890 кг/см2.

Эта величина меньше допускаемого напряжения Ru = 2000 кг/см2.

Усилие, необходимое для передвижения золотника, зависит от величины сил трения и инерции золотника. Силы трения возникают от собственного веса золотника и от давления, производимого на сгенк» золотниковой гильзы уплотнительными кольцами. Кроме этого, учиты­ваются силы трения, возникающие в сальнике.

Сила трения от собственного веса золотника подсчитывается по формуле

Ртр = ^°зол кг’ (497)

где р—коэфициент трения (по опытным данным): йзол — вес собранного золотника со штоком в кг.

Сила трения колец, прижатых давлением свежего пара к стенкам гильзы, определяется по уравнению

Ртр = кг’ (498)

где іj — число уплотняющих колец, подверженных давлению свежего пара; de — внутренний диаметр кольца в сжатом состоянии в см; h — ширина кольца в см;

р1 — давление свежего пара в золотниковой коробке в кг! смг.

Сила трения колец, прижатых разностью давлений пара в цилиндре с одной стороны и отработавшего пара — с другой, составляет

&тр = V--h-T'-de-h-pcp кг, (499)

где г2 — число уплотняющих колец, подверженных давлению рср;

рср — средняя разность давлений пара в цилиндре и в пароотводя­щей трубе в кг/см2.

Сила трения вследствие давления пружинящего кольца на стенки гильзы находится по уравнению

Р^тр = • f• ТС• D3oa ш h‘ C[ KZ, (500)

где і = /j - j - г2 — общее число уплотняющих колец.

На основе опытных данных принимают величину коэфициента тре­ния равной [х = 0,1.

Полная величина силы трения при движении золотника выражается суммой

Ртр = Ртр + Pip + Ртр + Ртр «г. (501)

Находимая для решения методами кинетостатики величина фиктивной силы инерции поступательно движущихся частей эксцентрикового меха­низма равна

ОЛ

----- J кг,

g J зол у

где G' — вес золотника В сборе с шарнирным соединением и

половиной веса эксцентриковой тяги в кг; g = 9,81 л/сек2 — ускорение свободного падения;

j зол — ускорение золотника в м/сек2.

Ускорение золотника в крайнем его положении, пренебрегая влия­нием конечной длины эксцентриковой тяги, определяется по формуле

Ьол = wV = (ж)2 г м! секК (503)

где п — число оборотов коленчатого Бала в минуту; г — величина эксцентриситета в м.

Вследствие невозможности определить сколько-нибудь точно дей­ствующие в сальнике силы, силу трения в сальнике принимают равной 10—15°/0 суммы сил трения и инерционных сил. Тогда усилие, необ­ходимое для передвижения золотника, можно подсчитать по формуле

Р ЗОЛ “ 15 15(ртр + р’а) кг. (504)

Определим усилие, необходимое для передвижения золотника машины локомобиля марки П-25 по следующим исходным данным (фиг. 192):

1) давление пара перед машиной р, = 13 кг! см2',

2) средняя разность давлений пара в цилиндре и в пароотводящей трубе рср = 6,4 кг! см2',

3) число уплотняющих колец, подверженных давлению свежего пара, /j = 2 шт.;

4) число уплотняющих колец, подверженных давлению рСр, г2 = 2 шт.;

5) диаметр золотника 0зол = 65 мм-,

6) внутренний диаметр кольца в сжатом состоянии de = 60 мм;

7) длина выреза кольца а = 5 мм;

8) ширина кольца h = 6 мм;

9) толщина кольца s = 2,5 мм;

10) вес собранного золотника со штоком G3<M = 3,34 кг;

11) вес золотника с шарнирным соединением и половиной веса эксцентриковой тяги G'30jl = 5,35 кг:

Определим силу трения, возникающую от собственного веса золот­ника, по формуле (497):

Р^тр = Iі" ^зол = 0,1 ■ 3,34 — °,334 «г.

Сила трения колец, прижатых к стенкам гильзы давлением свежего пара, по формуле (49-8) составит

р1тр ^'h'r"d'>'h-P = 0,1-2-'-6-0,6-13^29,4 кг.

Сила трения колец, прижатых к стенкам гильзы разностью давлений пара в цилиндре и в пароотводящей трубе, определится по формуле (499):

РЦ ~ Iх’ С 'K'ds'h' рСр = 0,1-2-т;-6 -0,6-6,4^14,5 кг.

Силу трения, возникающую вследствие давления пружинящего кольца на стенки гильзы, определим по формуле (500), использовав из пре­дыдущего примера значение q — 0,55 кг/см2-.

Р'тр = Iа' г‘1Г' D301 • h-q = 0,1 • 4-тс-6,5-0,6-0,55 -2,7 кг.

Суммарная сила трения при движении золотника по формуле (501) равна

Ртр = f*mp + Plp + Plp + Plp - 0,3 + 29,4 + 14,5 + 2,7 = 46,9 «г.

Для определения фиктивной силы инерции поступательно движущихся частей эксцентрикового механизма найдем ускорение золотника в край­нем его положении по формуле (503):

Кол = ^'г = (жУ г = (^)* 0,023 = 22,7 м/сек2,

тогда сила инерции по формуле (502) будет равна

Усилие, необходимое для передвижения золотника, найдется по фор­муле (504):

Рзол = 1,15 (Ртр ь р'п) = 1,15 (46,9 + 12,4) = 59,3 кг.

Золотниковый шток. Диаметр золотникового штока обычно выби­рается из конструктивных соображений и проверяется последующим расчетом на механическую прочность, который производится по дей­ствующим на шток максимальным усилиям (фиг. 193).

Наибольшая нормальная к оси штока слагающая сила передается штоку в момент наибольшего отклонения эксцентриковой тяги. Эта сила определяется по формуле

Nзол ^ Рзол tg ^max KZ, (505)

где ашах — наибольший угол отклонения эксцентриковой тяги. Максимальное значение тангенса а найдем по уравнению

tg ашах = Ко г = , (506)

где гтах — величина эксцентриситета в мм при максимальной кратко­временной нагрузке машины;

/ — длина эксцентриковой тяги в мм.

В шарнире эксцентриковой тяги действует суммарное усилие от нормальной силы и веса движущихся частей (в горизонтальных маши­нах), т. е.

N’ = N # -4- G. + 0,50, кг, (507)

где Gj — вес шарнирной головки в кг;

G2 — вес эксцентриковой тяги в кг.

Рассматривая шток как балку, защемленную одним концом в золот­нике, найдем максимальный изгибающий момент в месте защемления штока (фиг 192) по следующему уравнению:

М = N' L + АА кгсм (508)

в зол 1 * 2 4 '

где /j — длина свешивающегося конца золотникового штока в елі;

G8 — вес свешивающегося конца золотникового штока в кг.

Модуль сопротивления круглого сечения штока подсчитывается по формуле (454), а напряжение изгиба—по формуле (419).

Сила Рзол производит продольный изгиб, но ввиду малой свободной

длины штока и малой величины отношения — можно без большой по-

г,

грешности считать, что происходит чистое сжатие. Тогда суммарное напряжение сжатых волокон выражается аналогично формуле (456) сле­дующим уравнением:

а = + ^ кг/см2. (509)

При крайнем к стороне вала положении золотника будем иметь наибольший вылет штока. В этом случае изгибающий момент Мв полу­чит значение

ТГ = (G, + 0,5G2) /1шах + g3 ^max- кгсм (510)

Приводим поверочный расчет штока золотника паровой машины локомобиля П-25 по следующим исходным данным (фиг 192 и 193):

1) усилие, передвигающее зологник, Рзол = 59,3 кг;

2) величина эксцентриситета при максимальной кратковременной нагрузке машины гшах = 25 мм;

3) длина эксцентриковой тяги I — 780 мм;

4) длина свешивающегося конца штока ^ = 200 мм;

5) длина свешивающегося конца штока при крайнем к стороне вала положении золотника 11тах = 215 мм;

6) диаметр золотникового штока й'ш = 15 мм;

7) вес шарнирной головки Gj = 1,2 кг;

8) вес эксцентриковой тяги G2 = 1,44 кг;

9) вес свешивающегося конца золотникового штока G3 — 0,5 кг;

10) вес свешивающегося конца штока при крайнем к стороне вала

положении взшах = 0,6 К2.

Положение I Эксцентриковая тяга максимально отклонена. Зна­чение максимального угла отклонения эксцентриковой тяги характери­зуется уравнением (506):

tg = rjnr = Ш = 0<032

Вертикальная слагающая силы Рзог подсчитывается по формуле (505): Nlo1 ■= PMt -tgamax = 59,3-0,032 = 1,9 кг

Суммарное усилие в шарнире эксцентриковой тяги от вертикальной силы Ы30л и веса движущихся частей находим по муле (507):

М'зол = N3ол + Gj - f - 0,5G2 = 1,9 - f - 1,2 - f - 0,5-1,44 = 3,82 кг.

Изгибающий момент в месте защемления штока находим по фор­муле (508):

Мв = K0J1 + ^г = 3,82-20 - f - = 81,4 кгсм.

Модуль сопротивления сечения штока подсчитываем по формуле (454);

W^0,M£= 0,1- 1,53 = 0,338 см3.

Площадь поперечного сечения штока золотника равна

я • 1,52

4 4

Суммарное напряжение в сжатых волокнах находим по формуле (509):

(1,2+0,5.1,44)21,5 + 2^|Ы=47,7 кгсм.

Суммарное напряжение в сжатых волокнах находим по формуле (509):

§ 33. ЭКСЦЕНТРИКОВАЯ ТЯГА

Эксцентриковая тяга (фиг. 193) состоит из: 1) стержня 1 (обычнр круглого сечения), на концах которого нарезана правая и левая резьба;

2) вильчатой головки 2 и 3) состоящего из двух половин хомута экс­центрика 3, стянутых болтами 5. Между половинами хомута поло­жены прокладки 6 Стержень тяги своими концами ввернут в головку и в хомут и законтрен гайками 4

Эта конструкция позволяет изменять длину эксцентриковой тяги при регулировке парораспределения. Поворот стержня благодаря правой и левой резьб по концам вызывает сближение или раздвижение головки и хомута тяги

Для установки нужного зазора между хомутом и эксцентриком служит набор латунных прокладок разной толщины, вставленный
в плоскость разъема половинок хомута. По мере износа трущихся по­верхностей толщину прокладок уменьшают.

Стержень тяги изготовляется из стали марки Ст. 5, так как должен обладать достаточной жесткостью при малом весе.

При конструировании хомута стремятся к тому, чтобы он имел достаточную жесткость при небольшом весе Материалом для хомута служит серый чугун марок СЧ 12-28—СЧ 21-40 или сталь марки 25-4522. Трущуюся поверхность хомута заливают баббитом.

Стержень тяги подобно стержню шатуна растягивается и сжимается силой Р30л, действующей вдоль оси тяги (наклоном тяги можно прене­бречь), и при вращении подвергается поперечному изгибу Расчет стержня тяги производится в том же порядке и по тем же формулам» что и стержень шатуна (см. § 33 настоящего раздела). Ввиду малого веса стержня напряжением поперечного изгиба обычно пренебрегают Каждую половину хомута рассматривают как свободно лежащую на двух опорах балку (фиг 193), нагруженную по середине сосредото­ченной силой Р30Л. Тогда момент, изгибающий хомут в его середине (сечение А —В), можно подсчитать по формуле

(511)

где /2 — расстояние между осями соединительных болтов в см.

Положение центра тяжести поперечного сечения А — В определяется по формуле (420), причем ег представляет расстояние от крайних растя­нутых волокон до оси, проходящей через центр тяжести сечения. Момент инерции сечения находится по уравнению (421) и напряжение изгиба — по формуле (419).

Трущаяся поверхность хомута проверяется по величине удельного давления по уравнению

(512)

где d9—диаметр эксцентрика в см;

b — ширина рабочей поверхности эксцентрика в см. Соединительные болты хомута рассчитываются на растяжение с уче­том предварительной их затяжки. Напряжение растяжения находится по уравнению

(513)

где — площадь расчетного сечения болта в см2.

Рассчитаем эксцентриковую тягу (фиг. 193) по следующим исходным данным:

1) длина эксцентриковой тяги между осями головки и хомута экс­центрика I = 780 мм-,

2) диаметр стержня тяги d = 20 мм;

3) диаметр эксцентрика d3 = 220 мм;

4) ширина рабочей поверхности эксцентрика b = 24 мм;

5) число соединительных болтов 2 шт ;

_ / d

Напряжение при растяжении и сжатии стержня равно ___ 3,14 Момент инерции сечения стержня находится по формуле (433): _ я-2* ~ ТГ

r‘ V / 4

Коэфициент запаса устойчивости на основании уравнения (432) будет равен

з 47

Полученное значение гораздо выше допустимых величин коэфициента m = 2-f - 15

Хомут эксцентрика. Удельное давление на трущейся поверх­ности хомута по формуле (512) равно

k==4j = wh = hl2KZiCM2-

Величина удельного давления очень мала.

Соединительные болты хомута проверяются на растяже­ние по формуле (513):

1,25Р301 _ 1,25-59,3 2/i 2-0,718 ~

Полученная величина значительно меньше допускаемой.

Небольшие значения напряжений показывают, что выбор размеров эксцентриковой тяги производился по конструктивным и технологическим соображениям.