CC BY
60
Investigation into a L-type gating system
It is proposed that regardless the used method, the basis of evaluation of quality and competitiveness of machine-building products should be the comparison of indicators of evaluated and rival products. To evaluate the quality systems (QS), it is proposed to use the theory of evaluation in accordance with which one should distinguish three elements: object, subject and a comparison base interacting with one another in the process of logical realization of evaluation algorithm [3, 24-30].
The analysis of methods of evaluation of QS, quality of products and competitiveness shows that all of them allow evaluating the object in absolute and comparative form. During the performance of QS evaluation, it is proposed to use rating methods. Herewith, the formula for evaluation of integrated rating of QS will look as follows:
P».=IB ■ P)=1 B, IB ■ P.)
j=i j=1L .=i
where Г is a number for parameter groups of QS rating;
B is the coefficient of weightage of j group (E B=i);
j=i
Pg. . is an integrated rating of j group; H is a number of parameters of rating in j group; P. is a numerical value of rating of i parameter of j group; B.. is a coefficient of weightage of i parameter of j group.
During the performance of rating evaluations in the comparative form, the integrated evaluation of QS can be done according to the formula:
В», ■ Kg)=E
b, m ■ k,. )
j=1 j=1 l >=1 _
where К is a relative integrated rating of j group of QS parameters; к is a relative rating of i parameter of j group.
On the basis of usage of expert methods, we obtained the equation ofregression to evaluate the competitiveness of products of oil machine-building:
К =0,333Г+0,067Г +0,267Г +0,200Г +0,133Г, where Г1 is a project technical level of quality; Г2 is a level of production quality; Г3 is an exploitation level of quality; Г4 is an economic level of quality; Г5 is a social-economic level of quality. Coefficients at Q,..., Г5 were defined as standardized depending on the obtained expert data of rank of each group.
Thus, the regression equation of competitiveness of oil machine-building products was obtained on the basis of analysis and by using expert methods. Typical dependences ofindicators ofquality level ofthe evaluated and rival products were revealed with the use of forecast methods. The graphic method of evaluation of quality of machine-building products was proposed on the basis of objective comparison of indicators of the evaluated and rival products.
References:
1. Mishin V.M. Quality management: Text book for universitites. - M.: YUNITI - DANA, 2005,463 p.
2. Mamedov N.M.; Aslanov Z.YU.; Seidaliev I.M. and others. Qualimetria and quality management: Textbook for universitites. - Baku: Elm, 2007, 325 p.
3. Aslanov Z.YU. Some aspects of evaluation of quality level and systems of quality of machine-building products // «Economy and society» The Institute of management and socio-economic development, 2013, №1/6 - P. 24-30.
4. Aslanov Z.YU. Peculiaritites of evaluation of level of qualty and competitiveness of machine-building products in Azerbaijan // Science and business: ways of development. Scientific and practical journal, 2013, №4 (22) - P. 38-41.
Vasenin Valery Ivanovich, Perm National Research Polytechnic University, associate professor, candidate of technical sciences, department "Materials, technologies and design of machinary"
E-mail: vaseninvaleriy@mail.ru Bogomjagkov Alexey Vasilievich, postgraduate student Sharov Konstantin Vladimirovich, postgraduate student
Investigation into a L-type gating system
Abstract: The results of theoretical and experimental study of gating system are given. A method of calculating the velocity and flow rate in each feeder and the entire system based on the number of concurrent feeders and diameters sprue and collector. A good agreement between the calculated and experimental data is presented.
45
Section 5. Machinery construction
Key words: sprue, collector, feeder, head, resistance coefficient, expence coefficient, stream speed, concumption of liquid.
Васенин Валерий Иванович, Пермский национальный исследовательский политехнический университет доцент кафедры "Материалы, технологии и конструирование машин”,
кандидат технических наук Богомягков Алексей Васильевич, аспирант Шаров Константин Владимирович, аспирант
Исследование L-образной литниковой системы
Аннотация: Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования литниковой системы. Разработана методика расчета скоростей и расходов жидкости в каждом питателе и во всей системе в зависимости от количества одновременно работающих питателей и диаметров стояка и коллектора. Получено хорошее соответствие расчетных и опытных данных.
Ключевые слова: стояк, коллектор, питатель, напор, коэффициент сопротивления, коэффициент расхода, скорость потока, расход жидкости.
Введение
В литейном производстве для заполнения формы жидким металлом используются сужающиеся и расширяющиеся литниковые системы (ЛС). В сужающейся ЛС используются следующие соотношения площадей элементов: 2Sn : 2SK : Scm = 1: (1,05-1,2):
: (1,1 -1,6), где 2Sn — суммарная площадь сечений питателей, м 2; 2SK — суммарная площадь коллекторов, м 2; Sm — площадь стояка в нижнем сечении, м 2. Влияние изменения этого соотношения с 1:1:1 до 1:4:4 на характеристики литниковой системы проанализировано в статье [1]. В расширяющихся ЛС используются следующие соотношения площадей элементов 2Sn : 2SK : Scm — 2:2:1, 3:2:1, 4:2:1, 5:3:1, 6:3:1. В работе [2] исследовано это отношение при его изменении от 1:1:1 до 10:5:1. Выявилось, вопреки общепринятому мнению, значительное увеличение расхода в системе с ростом этого отношения. Однако малое сечение стояка не позволило менять расход в широких пределах. А отношение 2Sn: 2SK в расширяющихся ЛС изменяется от 1:1 до 2:1. Причем нет никакого разумного обоснования этого соотношения и неизвестно, что происходит при его изменении. В данной работе сделана попытка теоретического и экспериментального исследования заполнения литейной формы жидким металлом с определением коэффициентов расхода, скоростей и расходов жидкости в зависимости от размеров коллектора и стояка и количества питателей при сохранении неизменной площади нижнего сечения стояка, большей площади сечения коллектора. Нижнее сечение стояка менять нельзя, так как задача становится неопределённой.
Методика исследований
Система (рис. 1) состоит из литниковой чаши, стояка, коллектора и одинаковых питателей [3]. Количество питателей изменяли от 1 до 18; на рис. 1 показана система с 6-ю питателями. В системе один коллектор, и такая литниковая система называется L-образной. Внутренний диаметр чаши равен 272 мм, высота воды в чаше — 103,5 мм. Продольные оси коллектора и питателей находятся в одной горизонтальной плоскости. Уровень жидкости H — расстояние по вертикали от сечения 1-1 в чаше до продольных осей коллектора и питателей — поддерживался постоянным путем непрерывного доливания воды в чашу и слива ее излишек через специальную щель в чаше: H = 0,3630 м. Жидкость выливается сверху из питателей в форму. В сечениях коллектора 5-5, 6-6, 7-7, 8-8, 9-9, 1010 и 11-11 установлены для измерения напора пьезометры — стеклянные трубочки длиной 400 мм и внутренним диаметром 4,5 мм. В стояке в сечениях 2-2, 3-3 и 4-4 были размещены изогнутые на 90° пьезометры (на рис. 1 не показаны). Время истечения жидкости из каждого питателя составляло 60-360 с — в зависимости от количества одновременно работающих питателей, а объем вылившейся из питателя воды — около 9 л. Эти временные и объемные ограничения обеспечили отклонение от среднего значения скорости ±0,005 м/с, не более. Расход жидкости из каждого питателя определялся не менее 6 раз.
Во всех опытах диаметр питателя dn = 9,03 мм. Диаметр коллектора dK был таким: 9,03, 12,03, 16,03, 20,08, 24, 08 и 30,08 мм. Диаметр стояка dm = 24,08 мм — в большинстве опытов. И были исследования
46
Investigation into a L-type gating system
со стояками диаметрами 30,08 и 175 мм. Отношение Sn: SK изменялось от 0,09 до 1, а 2Sn: SK — от 0,09 до 18. Литниковые системы с такими минимальными и максимальными отношениями в производстве не используются. И, следовательно, в опытах охвачен весь ряд изменения отношений Sn: SK и 2Sn: SK.
Основная часть
Сначала произведем расчет истечения жидкости только при работе одного питателя I. Составим уравнение Бернулли (УБ) для сечений 1-1 и 12-12 ЛС:
2 2
p + а ^ + H = ^ + а — + h112, (1)
Y 2g Y 2g
где р1 и р12 — давления в сечениях 1-1 и 12-12, Н/м 2 (равны атмосферному давлению: р1 = р12 = ра); а — коэффициент неравномерности распределения скорости по сечению потока (коэффициент Кориолиса); принимаем а = 1,1 [4, 108]; g — ускорение свободного падения; g = 9,81 м/с 2; v1 и v12 — скорости металла в сечениях 1-1 и 12-12, м/с (вследствие большой разности площадей чаши S1 в сечении 1-1 и питателя Sn в сечении 12-12 можно
принять v1 = 0 ); у — удельный вес жидкого металла, Н/м 3; h1-12 — потери напора при движении жидкости от сечения 1-1 до сечения 12-12, м. Эти потери напора
hl-12
С +Ъ-СТ а,
z.+^k-
cm у
2
а-
-V у
2g
acm +
2g
Zn +^k~
(2)
a-
*n у
2g
где Zcm, ZK и Zn — коэффициенты местных сопротивлений входа металла из чаши в стояк, поворота из стояка в коллектор и поворота из коллектора в питатель I; vm и V5 — скорости жидкости в стояке и в сечении 5-5 коллектора, м/с; 1ст — длина (высота) стояка, м; dm, dK и dn — гидравлические диаметры стояка, коллектора и питателя I, м; Я — коэффициент потерь на трение; l0 — расстояние от стояка до питателя I, м; ln — длина питателя, м. Расход в ЛС при сливе сверху определяется скоростью металла v12 в выходном сечении 12-12 питателя I и площадью его поперечного сечения Sn:
2
2
l2
Q = V12Sn.
(3)
Остальные скорости жидкости в каналах ЛС определяем из уравнения неразрывности потока:
Q = V cmScm = v5Sк = V12Sn > (4)
где Sm и SK — площади сечений стояка и коллектора, м2. Выразим все скорости металла в (2) через скорость v12, используя уравнение неразрывности потока (4):
h = а —12
'*1-12(12) ^ ~
2g
(
\
Zcm + Л~т
(
'ст у V ^ст у
S„
+
\
Zk +Я-0-
(о \
V Sk у
2
+ Zn +л—
d„
.(5)
Выражение в квадратных скобках обозначим как Z1-12(12) — это коэффициент сопротивления системы от сечения 1-1 до сечения 12-12, приведенный к скорости жидкости в этом сечении:
Z-
12(12)
Zm +^
d I
ст у
V ^ ст У
+
Z +XJ- У
V
v у
2
(6)
I
+ z„ +л-*-.
d„
Тогда(1) можно записать так:
H = av?2(l + Zi-i2(i2))/2g. (7)
А коэффициент расхода системы от сечения 1-1 до сечения 12-12, приведенный к скорости v12,
2
2
S
n
2
n
47
Section 5. Machinery construction
Д-12(12) ( 1-12(12)) ' (8)
Скорость
V12 _ ^1-12(12)^2a • (9)
Расход Q находим по выражению (3). Для данной ЛС длина (высота) стояка 1ст = 0,2675 м, длина каждого питателя 1п = 0,0495 м, расстояние между питателями l = 0,1190 м, расстояние от стояка до первого питателя l0 = 0,1220 м. Диаметры питателя, коллектора и стояка: dn = 0,00903 м, dK = d5 =... = dn = 0,01603 м, dcm = d2 = d3 = d4 = 0,02408 м. Принимаем, как и в работе [5], что коэффициент потерь на трение Я = 0,03. Коэффициент местного сопротивления входа из чаши в стояк в зависимости от радиуса скругления входной кромки определяем по справочнику [6, 126]: Zcm = 0,12. Коэффициент местного сопротивления поворота из стояка в коллектор на 90° и изменения площадей сечений потока ZK = 0,396 [7]. Коэффициент местного сопротивления поворота из коллектора в питатель на 90° (с изменением площадей сечений) Z„ = 0,334 [7]. Результаты расчетов по соотношениям (6), (8), (9)
(3): Z
12(12)
= 0,570283
^1-12(12) = 0,798°15 ,
v12 = 2,030568 м/с, Q = Q12 = 130,041788 -10-0 м 3/с.
Найдем расход металла в ЛС при работе питателей I и II. Составим УБ для сечений 5-5 и 13-13:
Р5
Y
/
+
V
а—=
2g
z6+я— 6 d
к
а-
2g
Zn +Я-1- +1
“ п ]
d
p
(10)
и для сечений 5-5 и 12-12:
.2 f
2g Y
P5
Y
-a — =
2g
<5 12 +^~T + 1
V
a
2
V12 + Pl2_ (11)
2g Y
где р5, р13 — давления в сечениях 5-5 и 13-13 (давление р13 равно атмосферному ра), Н/м 2; v6, v13 — скорости металла в сечениях 6-6 и 13-13, м/с; Z6 — коэффициент сопротивления на проход жидкости из сечения 5-5 в сечение 6-6 при ответвлении части потока в питатель I с выходным сечением 12-12; Z12 — коэффициент сопротивления на ответвление потока в питатель I с выходным сечением 12-12. Решая (10) и (11) совместно и заменяя v6 на v13Sn / SK, имеем:
V12 = V13<
(Z6 +M1dK)(Sn /SK) +z„ +Я1п /dn +1
I Z12 +Я1п I dn + 1
. (12)
Подставляя в (12) известные величины, получаем:
(13)
0,100697Z6 +1,520878
Z12 +1,164452
2
В этом выражении неизвестны коэффициенты Z6 и Z12, зависящие от отношения скоростей v6 / v5 и v12 / v5, которые тоже неизвестны. Коэффициенты сопротивлений, обусловленных отделением потока из коллектора в питатель, будем подсчитывать по формулам для тройников [8, 112-115]. Коэффициент сопротивления на проход в коллекторе при ответвлении части потока в питатель
С пр = 0,4(-vnp /vK)(пр /д) (14)
а коэффициент сопротивления на ответвление части потока в питатель
Z =1 + t(v / v)2/ (v / v)2,
^ отв \ п ‘ ¥ к ) ' \ y п /Кк/ ’
(15)
где vK и vnp — скорости металла в коллекторе до и после ответвления части потока в питатель, м/с; vn — скорость жидкости в питателе, м/с; т — коэффициент. Для нашего случая при Sn / SK = 0,317 т = 0,15 [9]. Коэффициент Znp получается приведенным к скорости проходящего потока vnp, а Zome — к скорости в питателе vn. Уравнение неразрывности потока для работы двух питателей примет вид:
Q = VcmScm = V5Sк = V13Sn + V12Sn = (vi3 + V12)S„. (16)
Допустим, что скорость в питателе I составляет x от скорости в питателе II: v12 = x ■ v13. Тогда из (16) имеем:
Q = V5SK = V13(1 + x)Sn . (17)
Назовем величину (1 + x)Sn приведенной — к скорости v13 — площадью питателей S^A (для двух работающих питателей). Расход в системе
Q = vA). (18)
Предположим, что при работе двух питателей x = 0,95, т. е. v12 = 0,95v13. Тогда SПр(13) = 1,95Sn,
Q = l,95Snv13 = v5SK, V13 = v5SK / 1,95Sn, v12 = 0,95v13 =
= 1,535255v5, а v12 / v5 = 1,535255 — это и есть отношение vn / vK в зависимости (15).
= 0,512821 — это vnp / vK в фор-
V6=vA=_
V 5 v5SK
V13Sn
1,95v13Sn
муле (14). По соотношению (14) находим, что Z6 = 0,360999 ; по (15) Z12 = 0,574267 . Подставляем найденные значения Z6 и Z12 в выражение (13) и находим: v12 = 0,946371v13. А мы задавались v12 = 0,95v13. Делаем следующее приближение: v12 = 0,946371v13 . Тогда v6 / v5 = 0,513777 , £6 = 0,358248 ,
v12 / v5 = 1,532242 , Z12 = 0,575937 , v12 = 0,945833v13. Путем подобных приближений при заданном v12 = 0,945739v13 получаем v12 = 0,9457389v13. На этом расчет отношения v12 / v13 можно закончить, так как получившееся значение отличается от заданного всего на 0,0000001. Принимаем v12 = 0,945739v13. Приведен-
48
Investigation into a L-type gating system
ная (к скорости v13) площадь питателей при работе 2-х питателей S(n2p(13) = 1,945739Sn, v6 / v5 = 0,513944 , z6 = 0,357769, v12 / v5 = 1,531716, Z12 = 0,576229.
УБ для сечений 1-1 и 13-13 при работе двух питателей выглядит так же, как и для одного питателя — это зависимость (1). Однако расход в системе
Q = (Vi3 + V12)S„ = V13Snp(13) . У нас Сз) = !>945739S„ , 1 Sm, v5 = vi3Snp(i3) 1SK. И потери напора
v = v S(2)
v ст y 13^пр(13)
нужно записать так:
f
h1-13(13) a
2g
Zcm +Л-Г
S(2) °пр(13)
*ст у
+
ZK +A-f
У
ст у \
( S(2)
^пр(13)
V "Г у
+
+
„ , l
Z 6 + А—
6 d , ку
(с \
V SK у
+ Сп + 2^ п d
(19)
Q13 = 120,498869-10-6 м3/с, Q12 = 113,960493-10-6 м3/с, Q = Q13 + Q12 = 234,459362 -10-6 м 3/с.
Найдем расход в системе при работе питателей I, II и III. Составим УБ для сечений 5-5 и 14-14:
— + а — = Y 2g
' У 1
z + А —
z6+А—
6 d
к у
а
2g
а
2g
V
V к у
для сечений 5-5 и 13-13:
.2 (
йп +А^~ +1 d„
\ 2 .
+ p14
Ps , 5
Y
а — =
2g
Z6 +^T
а
2g Y
У
Z13 + A-^ +1
V
v13
а — +
2g
pi3
У
2g Y
и для сечений 5-5 и 12-12: ..2 (
Р5
Y
-а— =
2g
Zn + ^У~ +1
а
2g
. -Pl2 Y
(22)
где р14 — давление в сечении 14-14 (давление р14 равно атмосферному ра ), Н/м 2; v14 — скорости металла в сечении 14-14, м/с; Z7 — коэффициент сопротивления на проход жидкости из сечения 6-6 в сечение 7-7 при ответвлении части потока в питатель II; Zl3 — коэффициент сопротивления на ответвление потока в питатель II с выходным сечением 13-13. Величину отношения скоростей v13 / v14 при работе пи-
тателей I-III примем равной v12 / v13 из расчета двух питателей I и II — это 0,945739. Также v7/ v6 = 0,513944 , Z7 = 0,357769, v13 / v6 = 1,531716 , Z13 = 0,576229, S<Zp]14) = 1,945739Sn. А анализировать будем только выражения (20) и (22). Решая (20) и (22) совместно v14Sn / SK, имеем:
и (22) совместно и заменяя v6 на vl4Si'2P(l4) / SK, v7 на
Z6 + 2—
( S(2) 3
~>пр(14)
+ [ С7 +Y —
+Z +k—+1 п d„
(23)
Выражение в квадратных скобках в (19) — это £1-13(13) — коэффициент сопротивления ЛС от сечения 1-1 до сечения 13-13, приведенный к скорости металла в сечении 13-13 (учитывающий, разумеется, работу обоих питателей). Находим, что Z1-13(13) = 0,828849 , VlL =
Z12 + Yln / dn +1
Подставляя известные величины, получаем:
_ 10,381229Z6 +1,641807
Vl2 _ Vl4y Zi2 +1,164452 .
В этой формуле неизвестны коэффициенты Z6 и Zn, зависящие от отношений скоростей v6 / v5 и v12 / v5. Предположим, что v12 = 0,8v14. Тогда приведенная площадь питателей для трех питателей S^U = (1 + 0,945739 + 0,8)Sn = 2,745739S„. В этом случае v5SK = 2,745739SBv14, v6SK = 1,945739Snv14, а отно-
шение v 6 1,945739 v12S
шение 6 _ > . = 0,708639 12
0,8S „к
v5 2,745739
V 5Sk
V12 _ 0,8Sk
ц1-13(13) = 0,739454, v13 = 1,881558м/с, v12 = 1,779463м/с, v5
2,745739Sn
2,745739Snv14 = 0,918168. По (14) и (15) находим,
что Z6 = 0,067619, а Z12 = 1,336193. Подставив значения Z6 и Zn в (23), имеем: v12 = 0,816616v14. Это больше 0,8, которым мы задавались в начале расчета. Делаем второе приближение — v12 = 0,816616 v14
и повторяем расчет. Поступая аналогичным образом, определяем, что при заданном v12 / v14 = 0,825572 полу-
(20) чается по расчету v12 / v14 = 0,8255719. Расчет отноше-
ния vn! vi4 можно закончить, так как разница между заданным и расчетным значениями отношения всего 0,0000001. Принимаем v12 = 0,825572v14. Приведенная (к скорости v14) площадь питателей при работе 3-х питателей Sln3p>(14) = 2,771311Sn, v6 / v5 = 0,702101,
(21) C6 = 0,072011, vl2 / v5 = 0,938774, Zn = 1,284691.
УБ для сечений 1-1 и 16-16 при работе трех питателей, как и для одного питателя — это зависимость (1). Однако расход в системе Q - vcmScm - v5SK - (v14 + v13 + У нас
-V12)Sn - V14S
Л). У нас S(n3p\14) = 2,771311S„,
г(3) г(3) r(2) С
Опр(\4)
= V,
пр(14)
пр(14)
S S
cm к
И потери напора будут такими:
*1-14(14) =аУ~
Z6 + ь-т
ч 2
Ь Н‘-У
( s(3) Л2
Snp(14)
V у J
( с(2) пр(14)
+(Z'+ят1 ItJ +z-+я27
Выражение в квадратных скобках — это Z 1-14(14), коэффициент сопротивления литниковой системы
2
S
п
S
к J
2
2
2
13
2
п
2
2
2
п
п
к
к
+
2
S
49
Section 5. Machinery construction
от сечения 1-1 до сечения 14-14, приведенный к скорости металла в сечении 14-14. Этот коэффициент, конечно, учитывает одновременную работу всех трех питателей. Находим: Z1-14(14) = 1,220932, ß1-14(14) = 0,671015, v14 = 1,707414м/с, v13 = 1,614768м/с, v12 = 1,409593м/с, Q14 = 109,346323-10-6 м3/с, Q13 = 103,413094-10-6 м3/с, Q12 = 90,273252 -10-6 м3/с, Q = Q14 + Q13 + Q12 =
= 303,032669 -10-6 м3/с.
Поступая аналогичным образом, определяем расход металла в ЛС при одновременной работе четырех, пяти, ..., восемнадцати питателей. Коэффициенты сопротивления поворота в питатель Zn для коллекторов диаметром 9,03, 12,03, 20,08, 24,08 и 30,08 мм
будут такими: 0,885, 0,471, 0,303, 0,296 и 0,290 [7]. Коэффициент сопротивления поворота Zc из стояка диаметром 24,08 мм в коллектор диаметром 9,03, 12,03, 20,08, 24,08 и 30,08 мм равен соответственно 0,296, 0,471, 0,572, 0,885 и 2,289 [7]. Коэффициент Сс для dcm = 24>08 мм и dK = 30,08 мм больше единицы потому-, что он отнесен к скорости жидкости в большем сечении — в коллекторе. Результаты расчетов и экспериментов — в табл. 1 и 2 и на рис. 2-5. В табл. 1 приведены характеристики дальнего от стояка питателя при работе 1-го, 3-х, 6-ти, 9-ти, 12-ти, 15-ти и 18-ти питателей для коллекторов разных диаметров при dm = 24,08 мм.
Таблица 1. - Характеристики литниковой системы (dm = 24,08 мм)
Диаметр коллектора, мм
9,03 12,03 16,03 20,08 24,08 30,08 30,08*
I Z м Snp v 1,760 0,602 1,532 0,839 0,737 1,876 0,570 0,798 2,031 0,507 0,815 2,073 0,490 0,819 2,085 0,483 0,821 2,089 0,458 0,828 2,107
I-III Z 4,823 2,257 1,221 0,882 0,763 0,736 0,499
м 0,414 0,554 0,671 0,729 0,753 0,759 0,817
Snp 1,822S„ 2,338Sn 2,771S„ 2,952S„ 3,027Sn 3,070Sn 3,070Sn
v 1,054 1,410 1,707 1,855 1,917 1,931 2,079
I-VI Z 14,874 6,065 3,060 2,043 1,641 1,573 0,651
м 0,251 0,376 0,496 0,573 0,615 0,623 0,778
Snp 3,019S„ 3,617S„ 4,615S„ 5,370S„ 5,774Sn 6,038Sn 6,038Sn
v 0,639 0,957 1,263 1,459 1,566 1,586 1,980
I-IX Z 42,208 14,074 6,162 3,857 3,015 2,896 0,941
м 0,152 0,258 0,374 0,454 0,499 0,507 0,718
Snp 4,981S„ 5,287Sn 6,247S„ 7,327 Sn 8,139S„ 8,792Sn 8,792Sn
v 0,387 0,655 0,951 1,155 1,270 1,289 1,826
I-XII Z 116,609 31,156 11,546 6,562 4,896 4,649 1,395
X 0,092 0,176 0,282 0,364 0,412 0,421 0,646
Snp 8,218S„ 7,722Sn 8,279Sn 9,283Sn 10,296S„ 11,343Sn 11,343Sn
v 0,235 0,449 0,718 0,925 1,048 1,071 1,644
I-XV Z 319,125 67,591 20,966 10,692 7,470 6,836 2,039
м 0,056 0,121 0,213 0,292 0,344 0,357 0,574
Snp 13,559S„ 1U78S„ 10,957S„ 11,575Sn 12,505S„ 13,773Sn 13,773Sn
v 0,142 0,307 0,543 0,744 0,874 0,909 1,460
I-XVIII Z 870,362 145,310 37,459 17,051 11,060 9,550 2,911
м 0,034 0,083 0,161 0,235 0,288 0,308 0,506
Snp 22,370Sn 16,472S„ 14,498Sn 14,390S„ 14,982S„ 16,203S„ 16,203S„
v 0,086 0,210 0,410 0,599 0,733 0,783 1,287
) Диаметр стояка dcm = 175 мм
50
Investigation into a L-type gating system
Таблица 2. - Расход в системе при работе разного количества питателей и различных диаметрах
коллектора (dm = 24,08 мм)
Работающие питатели Диаметр коллекто за, мм
9,03 12,03 16,03 20,08 24,08 30,08 30,08*
I 98,09 120,17 130,04 132,73 133,50 133,81 134,96
I-II 119,72 185,31 234,46 254,21 261,86 264,75 274,05
I-III 123,06 211,16 303,03 350,58 371,54 379,53 408,59
I-IV 123,45 219,18 342,66 421,10 459,89 475,34 536,56
I-V 123,49 221,26 363,34 469,69 528,01 552,56 656,13
I-VI 123,49 221,76 373,24 501,68 578,93 613,44 765,84
I-VII 123,49 221,88 377,68 521,96 616,17 660,84 864,68
I-VIII 124,49 221,91 379,59 534,40 642,96 697,52 952,17
I-IX 123,49 221,91 380,39 541,84 661,91 725,85 1028,31
I-X 123,49 221,91 380,73 546,19 675,31 747,72 1093,52
I-XI 123,49 221,91 380,87 548,69 684,56 764,63 1148,55
I-XII 123,49 221,91 380,92 550,12 690,92 777,71 1194,38
I-XIII 123,49 221,91 380,95 550,93 695,26 787,84 1232,06
I-XIV 123,49 221,91 380,96 551,38 698,20 795,68 1262,72
I-XV 123,40 221,91 380,96 551,64 700,19 801,75 1287,42
I-XVI 123,49 221,91 380,96 551,78 701,52 806,45 1307,16
I-XVII 123,49 221,91 380,96 551,86 702,42 810,09 1322,81
I-XVIII 123,49 221,91 380,96 551,91 703,01 812,90 1335,15
) Диаметр стояка dcm = 175 мм
Рис. 2. Зависимость расхода от диаметров стояка и коллектора и количества питателей:
1 - dcm = 24,08 мм, dK = 9,03 мм; 2 - dm = 24,08 мм, dK = 12,03 мм; 3 - dcm = 24,08 мм, dK = 16,03 мм;
4 - dm = 24,08 мм, dK = 20,08 мм; 5 - dm = 24,08 мм, dK = 24,08 мм; 6 - dm = 24,08 мм, dK = 30,08 мм;
7 - dm = 30,08 мм, dK = 30,08 мм; 8 - dm = 175 мм, dK = 30,08 мм
51
Section 5. Machinery construction
Рис. 3. Зависимость скорости в питателях от расстояния между ними для dK = 16,03 мм и dcm = 24,08 мм при работе всех 18-ти питателей: 1 — l = 238 мм, 2 — l = 119 мм, 3 — l = 59,5 мм, 4 — l = 29,75 мм
Рис. 4. Зависимость скорости в питателях от расстояния между ними для dK = 30,08 мм и dcm = 24,08 мм при работе всех 18-ти питателей: 1 — 1 = 238 мм, 2 — / = 119 мм, 3 — / = 59,5 мм, 4 — 1 = 29,75 мм
Рис. 5. Расчетные (1) и экспериментальные (2) значения скоростей при работе всех 18-ти питателей при расстоянии между ними в 119 мм для dK = 16,03 мм и dcm = 24,08
Давно известно [10-12], что в верхнем сечении стояка 2-2 может быть получено давление, меньшее атмосферного. Если форма газопроницаемая, то в поток жидкости в стояке начнет засасываться воздух. И уравнение Бернулли уже нельзя использовать при
расчетах. Теоретическое и экспериментальное исследование этого явления подробно описано в статье [13].
Напор в сечении 2-2 находим по следующей формуле:
2
H 2 = H-2 -«2^(1 + £-2(2) ), (24)
52
Investigation into a L-type gating system
где H1-2 — расстояние по вертикали от сечения 1-1 до сечения 2-2, м; 1Ч-2 — длина стояка на участке от дна чаши до сечения 2-2, м. Н1-2 = 0,1340, 1Ч-2 = 0,0305 м.
Напор в сечении 5-5 [13]
H 5 = H-а-5-5 2£
f
d /
cm J
г
V Scm J
+ Zk
L
d
(25)
2
2
где lm-5 — расстояние от стояка до сечения 5-5, м. L-5 = 0,0625 м.
Результаты расчетов — в табл. 3. В числителе приведены значения напора в сечении 2-2, в знаменателе — в сечении 5-5.
Таблица 3. - Значения напоров в сечениях 2-2 и 5-5 при работе разного количества питателей и различных диаметрах коллектора (dcm = 24,08 мм)
Работающие Диаметр коллектора, мм
питатели 9,03 12,03 16,03 20,08 24,08 30,08 30,08*
I 0,131 0,129 0,129 0,128 0,128 0,128 0,1340
0,164 0,269 0,326 0,344 0,351 0,354 0,3602
I-VI 0,129 0,119 0,090 0,055 0,029 0,016 0,1339
0,048 0,045 0,056 0,098 0,144 0,175 0,2743
I-VII 0,129 0,119 0,089 0,049 0,015 -0,003 0,1339
0,048 0,044 0,048 0,076 0,114 0,146 0,2499
I-VIII 0,129 0,119 0,089 0,045 0,005 -0,018 0,1339
0,048 0,044 0,045 0,062 0,092 0,121 0,2259
I-IX 0,129 0,119 0,089 0,042 -0,003 -0,031 0,1339
0,048 0,044 0,044 0,053 0,076 0,101 0,2031
I-X 0,129 0,119 0,089 0,041 -0,009 -0,041 0,1339
0,048 0,044 0,043 0,048 0,065 0,085 0,1821
I-XI 0,129 0,119 0,089 0,040 -0,013 -0,049 0,1339
0,048 0,044 0,043 0,046 0,056 0,072 0,1635
I-XII 0,129 0,119 0,089 0,039 -0,015 -0,055 0,1339
0,048 0,044 0,043 0,044 0,051 0,062 0,1472
I-XIII 0,129 0,119 0,089 0,039 -0,017 -0,060 0,1339
0,048 0,044 0,043 0,043 0,047 0,055 0,1334
I-XIV 0,129 0,119 0,089 0,039 -0,019 -0,064 0,1338
0,048 0,044 0,043 0,042 0,044 0,048 0,1218
I-XV 0,129 0,119 0,089 0,039 -0,019 -0,067 0,1338
0,048 0,044 0,043 0,042 0,042 0,044 0,1123
I-XVI 0,129 0,119 0,089 0,039 -0,020 -0,070 0,1338
0,048 0,044 0,043 0,042 0,041 0,040 0,1040
I-XVII 0,129 0,119 0,089 0,039 -0,020 -0,071 0,1338
0,048 0,044 0,043 0,042 0,040 0,037 0,0983
I-XVIII 0,129 0,119 0,089 0,039 -0,021 -0,073 0,1338
0,048 0,044 0,043 0,042 0,040 0,035 0,0934
) Диаметр стояка dcm = 175 мм
Результаты исследования и их обсуждение
При работе только одного питателя I при dcm = 24,08 мм с увеличением диаметра коллектора с 9,03 мм до 30,08 мм расход в системе вырос с 98,09 до 133,81 см 3/c, в 1,36 раза. При изменении количества питателей (и их суммарной площади сечений) в 18 раз расход в системе с коллектором диаметром 9,03 мм увеличился всего в 1,26 раза, с коллектором 30,08 мм — в 6,08 раза
(см. табл. 2 и рис. 2). Однако происходит вот что. При переходе отношения 2Sn: SK через 1 прирост скорости при дальнейшем увеличении количества питателей замедляется, а если он больше 2 — прекращается. Например, для коллектора диаметром 16,03 мм 2Sn: SK переходит через 1 при увеличении количества питателей с 3 до 4, через 2 — при изменении числа питателей с 6 до 7. Причем в сечениях 2-2 и 5-5 напоры имеют знак
53
Section 5. Machinery construction
“+" то есть давление больше атмосферного (см. табл. 3). В исследованных ЛС напор со знаком “-” появляется при девяти питателях с коллектором диаметром 24,08 мм (см. табл. 2). Однако стояк газонепроницаемый, воздух не сможет попасть через сечение 2-2 в поток жидкости. Использование стояка диаметром 175 мм обеспечивает в стояке давление, большее атмосферного. То есть дело не в появлении отрицательного напора. И эти переходы через 1 и 2 отношения суммарной площади питателей к площади коллектора связаны с какими-то непонятными процессами в потоке жидкости при её раздаче по питателям. Что замечательно — в литейном производстве литниковые системы с : SK > 2 не используются.
На рис. 3 и 4 показано влияние изменения расстояния l между питателями на характеристики системы из 18-ти работающих питателей и коллектором диаметром 16,03 и 30,08 мм. Для коллектора диметром
16.03 мм кривые сходятся при увеличении числа питателей с 6 к 8, считая от конца коллектора (рис. 3). А для коллектора диметром 24,08 мм кривые сходятся к одной точке, соответствующей 12-му питателю от конца коллектора (рис. 4). Как видно, при наибольшем расстоянии l = 238 мм лучше работают ближние к стояку питатели, при наименьшем расстоянии l = 29,75 мм дальние от стояка питатели дают большие скорости жидкости, чем ближние. Для коллектора диаметром
16.03 мм при l = 29,75 мм vI / vXVIII = 0,155 , а если l = 238 мм, то vI / vXVIII = 4,813 — отношение vI / vXVIII изменяется в 31 раз. При dK = 30,08 мм для l = 29,5 мм vI / vXVIII = 0,413, для l = 238 мм vI / vXVIII = 1,279 — отношение vI / vXVIII изменяется в 3 раза. В последнем случае для l = 119 и l = 238 мм скорости истечения
из всех 18 питателей оказались весьма близкими, что представлялось невозможным. И весьма неожиданным оказалось очень значительное влияние расстояния между питателями на расходы в них.
Ход кривых на рис. 3-5 сильно изменяется при увеличении расстояния между питателями, однако расход в системе при этом уменьшается мало: на 7,2% и 6,3% для коллекторов диаметром 16,03 и 30,08 мм соответственно. Как будто кривые на рис. 3-5 поворачиваются с изменением расстояния между питателями, а площади фигур под ними — расходы в системе — остаются постоянными.
Заключение
Итак, в работе впервые теоретически и экспериментально исследована L-образная литниковая система при изменении отношения площади питателя к площади коллектора Sn: SK от 0,09 до 1 и отношения суммарной площади питателей к площади коллектора 2Sn: SK от 0,09 до 18. Установлено, при переходе отношения 2Sn: SK через 1 прирост расхода при дальнейшем увеличении количества питателей замедляется, а если оно больше 2 — прекращается. Причем это происходит и при обеспечении положительного давления по всей высоте стояка и во входной части коллектора. То есть дело не в появлении отрицательного (ниже атмосферного) давления. По-видимому, эти явления при переходе через 1 и 2 отношения суммарной площади питателей к площади коллектора связаны с какими-то непонятными процессами в потоке жидкости при её раздаче по питателям. А в литейном производстве литниковые системы с : SK > 2 не используются.
Список литературы:
1. Vasenin V. I., Bogomyagkov A. V., Sharov K. V. Investigation del metallo liquido riempire lo stampo di colata con un sistema a canali conico//Italian Science Review. - 2014. - № 4 (13). - P. 147-159. - URL: http://www.ias-journal.org/archive/2014/april/VaseninV.pdf
2. Vasenin V. I., Bogomyagkov A. V., Sharov K. V. Research of the mould filling with liquid metal under the dilatant gating system//European Applied Sciences. - 2014. - № 8. - P. 29-38.
3. Патент РФ на полезную модель № 92817 от 08.12.2009 г. Стенд для исследования литниковых систем/В. И. Васенин, К. И. Емельянов, М. Ю. Щелконогов//Изобретения. Полезные модели. - 2010. - № 28.
4. Чугаев Р. Р. Гидравлика. - М.: изд-во “Бастет", 2008. - 672 с.
5. Токарев Ж. В. К вопросу о гидравлическом сопротивлении отдельных элементов незамкнутых литниковых систем//Улучшение технологии изготовления отливок. - Свердловск: изд-во УПИ, 1966. - С. 32-40.
6. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.
7. Васенин В. И., Васенин Д. В., Богомягков А. В., Шаров К. В. Исследование местных сопротивлений литниковой системы//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2012. - Т. 14. - № 2. - С. 46-53.
8. Меерович И. Г., Мучник Г. Ф. Гидродинамика коллекторных систем. - М.: Наука, 1986. - 144 с.
54
Reduction dynamic loads on the frame jaw crusher for crushing materials with high strength
9. Васенин В. И., Богомягков А. В., Шаров К. В. Исследования L-образных литниковых систем//Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. - 2012. - Т 14. - № 4. - С. 108-122.
10. Берг П. П. Дмитриев Н. В. Заполняемость чугуном литейной формы//Литейное дело. - 1937. - № 3. -
С. 14-16.
11. Берг П. П. Применение принципа Вентури к литниковой системе//Литейное дело. - 1938. - № 7. - С. 12-14.
12. Рабинович Б. В. Введение в литейную гидравлику. - М.: Машиностроение, 1966. - 424 с.
13. Vasenin V. I., Bogomyagkov A. V., Sharov K. V. Research of formation of vacuum in gating system//European Science and Technology: materials of the IV international research and practice conference, vol. I. - Munich: Vela Verlag, 2013. - P. 364-370.
Kuzbakov Zhanabergen Imankulovich, Ph.Dassistant professor of "Metallurgy" department RSE on PVC "K. Zhubanov Aktobe Regional State University"
E-mail: agu_metallurgy@mail.ru
Reduction dynamic loads on the frame jaw crusher for crushing materials with high strength
Abstract: To reduce the dynamic loads on the base frame jaw crusher from oscillatory nature of the loads is proposed to reduce the stiffness of the frame by placing a rubber gasket between the frame and the foundation.
Keywords: cyclic loading, overloading, fatigue failure, dynamic load fluctuation, the moment of crushing, eccentric shaft, deformation, elasticity, disturbance kick.
Кузбаков Жанаберген Иманкулович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлургия» РГП на ПХВ «Актюбинский региональный государственный университет им. К. Жубанова», г. Актобе, Республика Казахстан:
E-mail: agu_metallurgy@mail.ru
Снижение уровня динамических нагрузок на станину щековой дробилки при дроблении высокопрочных материалов
Аннотация: Для снижения уровня динамических нагрузок на станину щековой дробилки от нагрузок колебательного характера предлагается уменьшить жесткость станины путем установки резиновой прокладки между станиной и фундаментом.
Ключевые слова: Циклическое нагружение, перегрузка, усталостное разрушение, динамическая нагрузка, колебание, момент дробления, эксцентриковый вал, деформация, упругость, возмущения, удар.
Щековые дробилки относятся к машинам циклического нагружения. Эти нагрузки, особенно при дроблении прочных слитков металла, нередко бывают близки к ударному, что приводит к возникновению в них больших динамических нагрузок. Уровень динамических нагрузок колебательного характера в этих машинах очень высок, что приводит к различным разрушениям и поломкам.
Причинами являются перегрузки, усталостные разрушения от периодического действия динамических нагрузок, которые в 2,5-3 раза превышают технологи-
ческие нагрузки [1]. О характере нагружения и условиях эксплуатации этих машин, используемых в ферросплавном производстве приведены в работе [2].
Известно, что во многих машинах основными нагрузками определяющими прочность и долговечность, являются динамические нагрузки колебательного характера. Опасные колебания могут возникать как при неустановившемся (переходном процессе), так и при установившемся движении.
Так, например, момент дробления, действующий на подвижную и неподвижную щеки при за-
55
