Лабораторная работа № 4 Соединения жестких трубопроводов

Трубопроводы небольшого диаметра (5‑20 мм), используемые в системах впрыска топлива, подвода масла под давлением, в приводе сцепления, тормозов и других гидравлических и пневматических силовых механизмов, чаще всего соединяют с помощью ниппелей. Ниппельные соединения выдерживают давление до 3‑5 МПа и более, имеют небольшие габариты и удобны в монтаже. С их помощью производят соединение металлических трубок, присоединение трубок к фланцам корпусов. Ниже на рис. 4.1 приведены некоторые конструкции ниппельных соединений.

Для соединения трубопроводов из материалов, поддающихся пайке и сварке, чаще применяют ниппели с наружным конусом. Ниппель припаивают к концу трубопровода и затягивают на внутренний конус штуцера с помощью накидной гайки (наружной – рис. 4.1а и в, или внутренней – рис. 4.1б). Угол конуса делают 75^О. В целях увеличения контактного давления и обеспечения некоторой свободы в установке уплотняющую поверхность делают сферической (рис. 4.1,в).

Ниппели с внутренним конусом (рис. 4.1г) не требуют пайки. Ниппель надевают на трубопровод, конец которого затем развальцовывают на конус и притягивают к штуцеру накидной гайкой. В упрощенной конструкции обходятся без ниппеля, а развальцованный конец трубки непосредственно притягивают к конусу штуцера.

Для передачи высоких давлений (7‑10 МПа и более) применяют ниппельные соединения с промежуточными уплотнительными элементами из мягких металлов (свинец, отожженная красная медь).

Рис. 4.1. Некоторые конструкции ниппельных соединений:

а и б – с наружным конусом и плоской образующей соединения, в ‑ г внутренним конусом и сферической контактной поверхностью соединения, г – с внутренним конусом и непосредственным контактом с трубкой, 1 ‑ штуцер, 2 – накидная гайка, 3 – ниппель, 4 - трубка

Ориентировочный расчет уплотнений с линейным контактом основан на определении контактного давления р_К для контакта двух цилиндрических тел с радиусами R₁ и R₂, в частности, с R₂ = ∞ (контакт с плоскостью). Максимальное давление р_Кmax для пары «металл‑металл» с одинаковыми коэффициентами Пуассона ( = 0,3) определяется из выражения

(1)

где - удельное осевое усилие, Н/см; Е_ПР - = 2Е₁Е₂/(Е₁+Е₂) – приведенный модуль упругости, МПа; - приведенный радиус кривизны, см.

Контакт кольцевого тора с плоскостью рассматривают как контакт бесконечно длинного цилиндра с плоскостью. При этом

(2)

а ширина контакта -

(3)

Аналогично вычисляется контакт сферического ниппеля с R₁ и конусом, угол которого 2:

(4)

Минимальное контактное давление для обеспечения герметичности соединения «сталь-сталь» составляет 200-300 МПа. Расчеты уплотнений типа «металл-металл» с линейным контактом требуют тщательной экспериментальной проверки, поскольку состояние контакта зависит от вибрации трубопроводов и температурных деформаций. Для работы в широком интервале температур материалы штуцера, ниппеля и гайки выбирают с одинаковыми коэффициентами температурного расширения.

Задание. По данным табл. 4 определить необходимое усилие затяжки (осевое усилие Р_А) ниппельного соединения (рис. 4.1в) для достижения заданного контактного давления p_Kmax при заданном радиусе ниппеля R₁ (формула (3)) и заданной длине контакта L (длине окружности, по которой происходит контакт). При этом следует учесть, что  . Обе контактирующие детали стальные.

Для выполнения задания необходимо, используя уравнение (4) и вышеприведенные зависимости составить расчетные формулы и произвести расчет.

Оформление работы

4.1. Создайте текстовый файл и сохраните его под названием «ТИиУТ_Группа_фамилия_П4» (например: «ТИиУТ_СА-445_Иванов_П4». Порядок создания файла и его оформление описано ранее (см. п. 1.1).

4.2. Напишите в первой строчке созданного вами документа номер группы и вашу фамилию с инициалами, а через запятую – индекс занятия – П3. После этого строчкой ниже напишите название занятия «Соединения жестких трубопроводов»

Таблица 4

Исходные данные для расчета усилия затяжки ниппельного соединения

№ студента по списку группы	Е1, МПа	Е2, МПа	R1, см	β	PKmax, МПа	L, см
1	20	22	5	75	200	10
2	20	20	6	70	220	8
3	21	18	4	90	230	12
4	18	22	5,5	60	200	10
5	23	19	5	65	220	11
6	19	21	6	75	235	12
7	24	20	6,5	60	255	14
8	16	15	4,5	80	250	20
9	20	16	6	75	300	16
10	21	22	3,5	65	330	14
11	22	22	5	70	340	8
12	23	23	7	55	260	12
13	24	20	9	65	280	11
14	20	21	8	75	300	10
15	21	22	7,4	80	270	14
16	19	24	5,5	85	220	16
17	22	16	6	77	180	12
18	24	18	6,6	65	340	10
19	16	22	7	70	230	18
20	22	20	8	67	320	20

4.3. Скопируйте из методических указаний «шапку» и нужную вам строчку из табл. 4.

4.4. Приведите расчетные формулы и результат расчета.

Обратите внимание на размерность физических величин!

Закончив расчеты и заполнение таблицы, ответьте письменно на следующие вопросы:

4. Каково назначение и устройство соединений с использованием мягких рукавов, в чем состоит удобство таких соединений?

5. Каково назначение и устройство ниппельных соединений, в чем состоит их удобство?

6. На чем основан расчет герметичности соединений с линейным контактом?

7. Какие предъявляются требования к материалам металлических неподвижных контактных соединений?