книги / Оборудование литейных цехов

Необходимое давление воздуха в начале движения поршня вверх должно быть на 50–10 кПа меньше p0, т.е. давления воздуха в сети.

Ордината точки 1 диаграммы (м)

где V0 – объем вредного пространства цилиндра, м3; S0 – приведенная высота вредного пространства, м.

Для машин с поршневым воздухораспределением S0 обычно принимают равным (0,75–1,0) S, где S – полный ход поршня.

В машинах, где воздухораспределение осуществляется при помощи двухседельного перекидного или золотникового клапана, высота вредного пространства S0 = (0,15…0,30)S.

Уменьшение объема вредного пространства в этих машинах позволяет снизить расход сжатого воздуха на один цикл.

Точка 2 диаграммы соответствует моменту закрытия впускного отверстия, т.е. концу наполнения цилиндра воздухом и началу расширения последнего. Давление воздуха

где p1 и р2 – давление воздуха в точках 1 и 2 диаграммы, Па; р0 – давление сжатого воздуха в сети, Па.

Ордината точки 2

где Se – длина хода поршня, при которой цилиндр наполняется сжатым воздухом: Se = (0,4…0,5)S.

На участке 1–2 диаграммы линия будет иметь параболический вид, так как скорость поршня в период наполнения возрастает.

Точка 3 диаграммы соответствует моменту открытия выпускного отверстия. На участке 2–3 происходит расширение воздуха. Степень расширения во встряхивающих машинах обычно небольшая.

91

Путь расширения Sr большей частью составляет 0,2–0,4 пути наполнения Se.

Давление воздуха в точке 3

Вследствие быстротечности процесса принимаем, что изменение состояния воздуха будет адиабатическим (k = 1,41 – показатель адиабаты). Ордината точки 3

На участке диаграммы 3–4 при открытом выпускном отверстии и отсутствии притока воздуха из сети поршень продолжает двигаться вверх за счет сил инерции.

Путь, который проходит поршень по инерции, Si = S – (Se + Sr),

или Si = 0,6 – 0,7Se.

Точка 4 диаграммы соответствует моменту, когда поршень, использовав весь запас сообщенной ему энергии, останавливается и начинает двигаться вниз (падать).

Давление в точке 4

Точка 5 диаграммы соответствует моменту закрытия выпускного отверстия при движении поршня вниз. Давление воздуха обычно не превышает

92

и цилиндр начинает наполняться сжатым воздухом. На участке 5–6 воздух в цилиндре сжимается, причем давление его в этот момент может быть определено так же, как и для точки 3:

На участке 6–1 диаграммы цилиндр наполняется воздухом, давление на поршень растет и по достижении им значения р1 начинает подниматься. Описанный цикл повторяется.

Энергия, сообщаемая поршню, при падении встряхивающего стола и его подъеме может быть определена путем анализа индикаторной диаграммы.

Так, при движении стола вниз вся энергия, сообщаемая поршню, или работа движущих сил, отнесенная к единице площади поршня, (Дж/м2),

Aдв = Q − R S,

F

может быть выражена площадью abck на индикаторной диаграмме (см. рис. 4.12). Работа сил сопротивления при этом равна работе сжатого воздуха, находящегося под поршнем и оказывающего определенное противодавление. Эта работа выражается площадью 1654ba.

Энергия удара е представляет разность этих площадей, или

разность площадок Fлев и Fправ, умноженную на μKμп , где Kп –

p s

постоянная планиметра; μp и μs – масштабы соответственно давления и пути.

93

При движении стола вверх работа движущих сил равна работе сжатого воздуха и работе отражения стола е' после пред-

шествующего удара. Работа сил сопротивления при этом

(Дж/м2)

Aсопр = Q + R S

F

и может быть выражена площадью аbd1. Работа же движущих сил выражается площадью 1234bа на индикаторной диаграмме.

Тогда энергия отражения е' представляет разность этих площадей, или разность площадок fлев и fправ, умноженную на

Kп . Чаще всего е' = 0,1…0,15 энергии удара.

μpμS

Для встряхивающего механизма с отсечкой легко определить расход воздуха за один ход встряхивания по участку выхлопа индикаторной диаграммы, или индикаторный расход воздуха. Напишем выражения для начального (в точке 3) и конечного (в точке 5) количеств воздуха в цилиндре:

Qнач = (S0 + Se + Sr )F 10−6 кг, v3

Qкон = (S0 + Se + Sr )F 10−6 кг, v5

где v3 и v5 – удельные объемы воздуха в точках 3 и 5 индикаторной диаграммы, м3/кг.

Принимая адиабатический закон изменения состояния воздуха в рабочем процессе встряхивающего цилиндра, выразим удельные объемы воздуха v3 и v5 через удельный объем воздуха

в атмосфере при технических условиях (pабс = 1 ат и t = 15° С) vтех = 0,84 м3/кг:

94

где k = 1,41 – показатель адиабаты.

Подставив эти выражения в формулы Qнач и Qкон, получим

Помножив далее Q на vтех, получим объемный индикаторный расход воздуха, приведенный к условиям свободного воздуха в атмосфере (м2 св. в):

По практическим данным, расход свободного воздуха на один ход составляет для машин с отсечкой 0,5–0,7 от объема наполненного цилиндра Vн.ц м3 (в конце хода наполнения), помноженного на избыточное давление воздуха в сети р0 ат. Для машин без отсечки расход составляет (1,2…l,3)Vн.ц р0.

Имея величину расхода сжатого воздуха V, м3, или 103V, л, на один удар встряхивания, а также полную энергию удара встряхивающего стола eF, кгс·см, легко найти величину энергии удара на 1 л израсходованного воздуха, кгс·см/л:

eV = 10eF3V .

Величина еV является показателем экономичности работы пневматического встряхивающего механизма и обычно находится в пределах 250–350 кгс·см/л.

95

4.5. Общая методика расчета

Расчет пневматического встряхивающего механизма формовочной или стержневой машины по заданному или выбранному режиму встряхивания сводится к построению и анализу нескольких вариантов индикаторной диаграммы.

Полезная нагрузка Q0 задана, а собственный вес падающих частей машины Ql может быть взят по практическим данным. Сила трения в поршневой паре R при расчете обычно берется до 0,25 (Q0 + Q1). Площадь поршня F составляет от 0,5 до 0,6 см2 на 1 кгс Q0, а площадь встряхивающего стола – от 5 до 10 см2

на 1 кгс Q0.

Элементы воздухораспределения для наиболее распространенных механизмов с поршневым воздухораспределением выбирают в пределах: ход наполнения Se = (0,4…0,5)S, где S – общая длина хода, равная высоте встряхивания; ход расширения Sr = (0,3…0,4)Se = (0,12…0,20)S; приведенная высота вредного пространства S0 = (0,7…1,0)S.

После выбора этих исходных данных следует построить основную индикаторную диаграмму встряхивающего цилиндра

инесколько ее вариантов для измененных F, Se, S0 и других параметров. Следует принять вариант, при котором получаются наибольшими удельная энергия удара, коэффициент η и энергия удара на 1 л сжатого воздуха. По данным этой индикаторной диаграммы вычерчивают механизм и проверяют правильность принятого веса падающих частей.

Расчет сечений впускного и выпускного отверстий. Наиболее ответственным для работы впускного отверстия встряхивающего цилиндра является участок наполнения 1–2 (рис. 4.13) индикаторной диаграммы. Для расчета по индикаторной диаграмме количества воздуха, вошедшего в цилиндр на пути 1–2

иприведенного к абсолютному давлению сети р0, ат, нетрудно получить, пользуясь ранее изложенной методикой, следующее выражение:

96

На рис. 4.13 показана индикаторная диаграмма встряхивающего цилиндра, построенная для случая воздухораспределения перекидным двухседельным клапаном. При таком воздухораспределении (см. рис. 4.8) имеет место отсечка воздуха, но расширения воздуха нет. В точке 2 диаграммы (см. рис. 4.13) впуск воздуха в цилиндр прекращается, и одновременно открывается выхлопное отверстие.

При ходе встряхивающего поршня вниз выхлопное отверстие открыто (при помощи поршня клапана) почти до конца хода, до точки 4, расположенной на расстоянии предварения впуска Sz от плоскости

удара. Такой удлиненный и глубокий выхлоп увеличивает пло-

щадь Fлев на диаграмме и уменьшает площадь Fправ, а следовательно, значительно повышает энергию удара при той же длине

хода поршня, т.е. увеличивает резкость удара (коэффициент η). В машинах с воздухораспределением данного типа приведенная высота вредного пространства S0 составляет 0,15–0,30 от длины хода S. Это быстро увеличивает давление на участке 4–1 хода, т.е. замыкает диаграмму в точке 1, и, кроме того, умень-

шает расход сжатого воздуха на один цикл.

Нетрудно видеть, что индикаторный расход воздуха для механизмов данного типа (м3 св. в)

98

4.6. Расчет времени, скоростей и ускорений движения поршня по индикаторной диаграмме

Для нахождения времени движения, скоростей и ускорений поршня встряхивающей машины линию индикаторной диаграммы разбивают на участки (рис. 4.14) и на каждом участке принимают движение поршня равномерно ускоренным или равномерно замедленным, заменяя переменное давление в цилиндре постоянными средними индикаторными давлениями на этих участках. Найдя время движения, можно определить число уда-

давление на участке 5–6 (p5–6).

Для этого определяем с помощью планиметра площадь под соответствующим отрезком диаграммы (до атмосферной линии) f5–6, тогда

p5−6 = S f5−6m.

5−6

99

Среднее действующее на поршень усилие

P5−6 = Q − R − p5−6 F.

Среднее ускорение

j5−6 = PM5−6 .

Исходя из этого уравнения

t2

S5−6 = v5 t5−6 + j5−6 52−6 ,

где скорость в точке 5 v5 = 0 и произведение v5·t5–6 = 0,

t2

S5−6 = j5−6 52−6 .

Продолжительность хода стола

t5−6 = 2jS5−6 . 5−6

Скорость в точке 6

v6 = S5−6 . t5−6

Аналогичным образом определяются значения S, j, t, и v на остальных участках диаграммы. Затем определяется суммарное время (t) на один полный ход поршня по расчету и расчетное число ударов стола в минуту:

iрасч = 60t .

Как показывает практика, отличие расчетного количества ударов стола от фактического составляет примерно 5 %.

100