Соленоиду - крышка!

Соленоиду - крышка!
По своему двухлетнему опыту эксплуатации маркера SP-1 делаю вывод: самый слабый элемент в нём – крышка соленоида. Из-под неё либо шипит, либо она трескается, либо разваливается на кусочки. В поисках теоретического обоснования причин данных неисправностей и путях их устранений, провёл небольшую «опытно-конструкторскую работу». Так как считаю её содержимое полезным для пользователей маркера SP-1, решил поделиться ею с пейнтбольным сообществом. 
Итак,

Цель работы
Выявление одной из наиболее вероятных причин поломки крышки соленоида и метод предупреждения этой поломки.

Введение
Крышка соленоида конструктивно исполнена в виде цилиндра с бобышками для крепления к основанию соленоида. Узел соленоида показан на рис. 1 (в разрезе, электронная плата, штуцера и каналы подвода рабочего газа не показаны).

Рисунок 1
1 – крышка соленоида; 2 – винты крепления; 3 – нижняя грань крышки соленоида; 4 – уплотняющий о-ринг (кольцевая прокладка); 5 – Эл. магнитная катушка; 6 – тарельчатый клапан; 7 – основание соленоида; 8 – бобышка крепления крышки соленоида; F – усилие прижатия крышки к основанию.
Материал крышки соленоида (поз. 1) – пластмасса, материал винтов крепления (поз. 2) – металл. Таким образом, металлический винт вкручивается в пластмассовый корпус.

Описание работы соленоида
Во внутреннее пространство крышки соленоида подаётся под определённым давлением рабочий газ

Анализ неисправностей крышки соленоида
Неисправность №1. Шипение
Как было написано выше, одно из проявлений неисправности крышки соленоида – шипение из-под неё – по грани поз. 3 (рисунок 1), что может быть вызвано одной из двух причин:
Рис.2.11. Неисправность уплотняющего о-ринга, поз. 4, что, на мой взгляд, встречается редко, т.к. данный о-ринг неподвижен, а соответственно, не подвергается динамическому износу. Само собой, это лечится заменой о-ринга, поэтому эту причину далее не рассматриваю.
2. Недостаточное усилие прижатия F (рис. 1) корпуса крышки соленоида (поз. 1) к его основанию (поз. 7). Данное недостаточное усилие возникает по следующей причине: крышка соленоида сделана из пластмассы, а винты из металла, естественно, металл винтов легко может «срезать» пластмассу бобышек крепления крышки в зоне врезки винтов, если чуть сильнее, чем необходимо, затянуть винт (на моём SP-1 уже с завода была сорвана резьба в одной из бобышек крепления крышки, очевидно, что на заводе перетянули). Так же «срезка» пластмассы может быть обусловлена циклическим характером работы соленоида – внутри крышки соленоида при выстрелах создаются пульсации давления. 
Таким образом, наиболее вероятная причина появления шипения – срыв резьбы в одной из бобышек крепления крышки соленоида.

Неисправность №2. Трещины в корпусе крышки соленоида или её разрушение.
Рис. 2.2.Как было показано на одной из фотографий, выложенных техниками на форуме, характерная  трещина в корпусе крышки соленоида – в районе винта крепления (рис. 2.3). Делаю предположение: данная трещина может появиться по следующей причине:
сорвана резьба в одной из бобышек крепления крышки соленоида, а в другой резьба целая. Таким образом, когда в крышке соленоида есть давление рабочего газа, то в ней создаётся «перекос», который приводит к повышенным неравномерно распределенным механическим напряжениям в крышке и, как следствие, к её разрушению. Пульсационный характер работы соленоида усугубляет ситуацию. Для проверки этого предположения применяю компьютерное моделирование – расчёт на прочность корпуса крышки соленоида. Расчёт проводился для трёх случаев: 1 – для исправного соленоида (рис. 2.1); 2 – для неисправного соленоида – когда сорвана резьба в одной из бобышек крепления (рис. 2.2); 3 – для отремонтированного соленоида (рис. 5).
На рисунке № 2.1 показана эпюра напряжений для случая, когда соленоид исправен, т.е. резьба в бобышках крепления не сорвана (штатный режим работы), где 1, 2, 3 – зоны наибольших механических напряжений, место наиболее вероятного появления трещины.
Рис. 2.3.На рисунке № 2.2 показана эпюра напряжений для случая, когда сорвана резьба на одной из бобышек, т.е. один из болтов не держит (на данном рисунке – правый), где 1, 2 – зона максимальных механических напряжений, вероятное место появления трещины.
На рисунке 2.3 показана трещина на крышке соленоида
      
На рисунке №2.2 точка максимальных напряжений 1 соответствует месту появления трещины на крышке на рис. 2.3, таким образом, фотография рис. 2.3 подтверждает эпюру 2.2, следовательно, результаты моделирования можно считать достоверными.
Как видно из рисунка №2.1, когда резьба в бобышках крепления не сорвана, величина напряжений в зоне вероятного появления трещины (1) составляет 11-15 млн. ед., тогда как величина механических напряжений при неисправности одной из бобышек, составляет в среднем 80  млн. ед., (что больше в ? 5 раз, чем механические напряжения в штатном режиме: 80 против 15), что видно на рисунке №2.2. Увеличение перенапряжений в ? 5 раз может быть достаточно для разрушения соленоида, в зависимости от конкретной марки пластмассы, применяемой заводом-изготовителем. 
Итак, сделанное выше предположение подтвердилось, следовательно, срыв резьбы в бобышке крепления крышки соленоида может являться одной из причин разрушения крышки соленоида.
При штатном закреплении  двумя болтами крышка соленоида имеет достаточный запас прочности.
Рис.3Проанализировав обе неисправности («№1 «шипение» и №2 «трещина») делаю следующий вывод:
Вследствие сорванной резьбы в бобышке крепления на начальном этапе возникает шипение из-под крышки соленоида из-за недостаточного прижимного усилия, при этом маркер остаётся работоспособным. Дальнейшая эксплуатация шипящего соленоида с сорванной  резьбой в бобышке приводит к появлению трещины или разрушению крышки соленоида.

Метод предотвращения описанных неисправностей
Для предотвращения описанных неисправностей на этапе «шипения» (или, в качестве профилактики, у исправных маркеров) требуется замена штатных винтов без гайки на болтовую группу согласно рисунку 3.
Болтовая группа изображена на рисунке 4, где: 1 – болт М3 длиной 21…23 мм (с головкой); 2 – гайка М3, одну из граней гайки необходимо сточить, иначе она не сядет на крышку соленоида; 3 – шайба гроверная; 4 – шайба плоская.
Такая замена винтов исключает срыв резьбы в бобышке в принципе, т.к. в саму бобышку винт больше не вкручивается, соответственно, такая замена позволяет обеспечить необходимое прижимное усилие F (рис.1) без риска срыва резьбы в бобышке. На рисунке 5 показана эпюра напряжений после замены штатных винтов на указанную болтовую группу.
Рис.4Рисунок 5 – механические напряжения после замены винтов на болтовую группу
Как видно из рисунка 5, механические напряжения после замены винтов практически равны штатным напряжениям (рис. 2.1), а следовательно, безвредны для крышки соленоида.    

Заключение 
Предложенная замена винтов предотвращает срыв резьбы в бобышках крепления крышки соленоида, позволяет обеспечить необходимое прижимное усилие крышки к основанию, тем самым предотвращая рассмотренные неисправности – шипение и разрушение соленоида.

Рис.5P.S.
1. На собственном SP-1 заменил болты перед сезоном 2011г. т.к. соленоид шипел, на данный момент маркер исправно работает. И сдаётся мне, что проблем с соленоидом больше не будет, но жизнь, конечно, покажет.
2. У товарища на GOG G1 сразу после покупки сделал замену болтов, в процессе замены обнаружил следующее: у маркеров SP-1 стояли на соленоидах винты с мелкой резьбой, у GOG G1 уже установлены саморезы с крупной резьбой. Очевидно, саморез с крупной резьбой будет лучше держаться в пластмассе крышки соленоида, так что прогнозирую уменьшение числа проблем с соленоидами у маркеров GOG G1.
Надеюсь, что данная статья хотя бы немного, но облегчит жизнь российским пейнтболистам, удачных игр!