CC BY
95
3. Каталымов А.В., Любартович В.А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. - Л.: Химия, 1990. - 240 с.
4. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов (основания расчета погрузочных и транспортных устройств). - М.: Машиностроение, 1964. - 250 с.
5. Квапил Р. Движение сыпучих материалов в бункерах / Пер. с нем. А.И. Самодурова и О.А. Яковлева. - М.: Гос. научно-техн. изд-во лит-ры по горному делу, 1961. - 79 с.
6. Григорьев А.М. Винтовые конвейеры. - М.: Машиностроение, 1972. - 184 с.
7. Желтов В.П., Григорьев А.М. Расчет производительности крутонаклонных и вертикальных быстроходных шнеков, транспортирующих сыпучие материалы // Известия вузов. Горный журнал. - 1965. - № 10. - С. 118-126.
8. Штуков Н.К., Григорьев А.М. Картина распределения осевых скоростей материальной точки (частицы) в пределах окружности в транспортирующих шнеках // Известия вузов. Горный журнал. - 1967. - № 12. - С. 97-103.
Поступила 31.08.2007г.
УДК 621.972
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО МОЛОТКА.
Ч. 1. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ
А.Н. Глазов
Томский политехнический университет E-mail: zvm@tpu.ru
Освещена методика и средства исследования температурного поля молотков. Рассмотрены закономерности рабочих процессов в камерах. Показано, что температура воздуха в рабочих камерах непрерывно меняется по времени и по пути ударника, а ее максимальное и среднее значение существенно выше температур сжатого воздуха и окружающей среды за исключением участка цилиндра с выхлопными окнами.
Ключевые слова:
Рубильный ручной пневматический молоток, экспериментальное исследование, методика, термопара, давление и температура воздуха в камерах, температурное поле, поверхность, резание, сталь, чугун.
Введение
В различных отраслях машиностроения широко применяются ручные пневматические рубильноклепальные молотки для рубки, клепки, очистки литья, чеканки, зачистки швов и прочих работ. Работа молотков сопровождается тепловыми процессами и вибрацией. Локальная вибрация, выделяемое тепло и низкотемпературный отработанный воздух воздействуют на контактирующего с поверхностью инструмента человека и окружающую среду. Как известно, температура поверхности молотка и атмосферного воздуха является одним из решающих факторов в развитии вибрационной болезни.
Температура наружных поверхностей оборудования, интенсивность теплового облучения работающих должна соответствовать требованиям действующих санитарных правил к микроклимату производственных помещений. В целях профилактики тепловых травм температура поверхности технологического оборудования должна соответствовать требованиям санитарных правил [1] и ее допустимая величина при контактном периоде до 8 ч и более составляет 43 °С. Гигиенические требования к температуре рукояток и их поверхности определяются температурой поверхности рукояток ручных молотков, которая должна находиться в пределах от 21,5 до 40 °С, а оптимальным является диапазон от 25 до 32 °С [1].
По нашим данным, экспериментальная оценка температурного поля поверхности пневматических молотков ранее не производилась. Отсутствует и методика проведения таких исследований.
Данные о тепломассообменных процессах необходимы: для развития теории, расчета и создания пневмоударных механизмов; для выработки соответствующих гигиенических требований с учетом условий эксплуатации молотков и правильной организации труда; при определении влияния теплового состояния молотков на микроклимат производственного помещения.
Исходя из вышеизложенного, целью настоящей работы являлось исследование закономерностей распределения температуры в молотке при различных условиях его эксплуатации.
Объекты и средства исследования
Исследовались рубильный молоток М-6 и рукоятки молотков М-5, М-6, КЕ-22 при давлении сжатого воздуха 0,5 МПа.
Для измерения и регулирования параметров сжатого воздуха применялся специальный стенд [2]. Использовались тензометрические датчики давления. Мгновенная температура воздуха в рабочих камерах измерялась датчиками сопротивления с термочувствительным элементом в виде вольфра-
мовой проволоки марки ВА-3 диаметром 11 мкм. Материалом ножек, к которым приваривался элемент, служит проволока константановая диаметром 1,2 мм. Датчик включается в полумостовую схему совместно с балластными сопротивлениями. Для регистрации сигналов применялись усилители ТА-5 и светолучевой осциллограф.
Рис. 1. Молоток М-6 с термопарами
Рис. 2. Расположение спаев термопар на поверхности молотка М-6
Измерение температуры поверхности молотков производилось хромель-копелевыми термопарами с диаметром проволоки 0,2 мм, одетыми в пластифицированные чехлы. На поверхности молотка ме-
ста установки термопар по образующей отмечены белыми маркерами (рис. 1). Применялся электронный двенадцатиточечный самопишущий потенциометр ЭПП-09М3 класса точности 0,5. Спаи термопар зачеканивались по образующей цилиндрической поверхности, проходящей между выхлопными окнами, и с тыльной части корпуса молотка, у выхлопного окна в 5-и точках (рис. 2), на рукоятках в 6-и точках с учетом различной толщины стенок канала и конструкции изделия. Устанавливалась термопара и на срезе выхлопного окна. Запись температуры происходила при скорости протяжки бумаги 80 мм/мин и цикле печатания 0,75 и 1,5 с. Исследования проводились с учетом рекомендаций [3, 4].
Рабочие процессы в молотке
В пневматических молотках превращение энергии сжатого воздуха в механическую работу связано с целым комплексом сложных газодинамических и термодинамических процессов. Для оценки источника тепла исследовались рабочие процессы внутри цилиндра. Характер изменения давления и температуры воздуха в рабочих камерах молотка М-6 виден из осциллограммы (рис. 3), полученной при давлении 0,5 МПа и температуре сжатого воздуха около 26 °С. Отметим основные особенности изменения параметров рабочего тела в камерах.
Сжатие воздуха в задней от зубила камере (участок 2-13) сопровождается ростом давления и температуры воздуха до 83 °С. На участке 13-14 начинается впуск из воздухопровода более холодного сжатого воздуха. До отметки 21 в период прямого хода ударника происходит снижение давления и температуры воздуха. На временном участке 21-1 происходит выхлоп воздуха из задней камеры. Этот период работы характеризуется значительным падением давления и расширением воздуха. Температура воздуха в камере интенсивно снижается до 5... 8 °С.
Отметка 0 соответствует моменту удара ударника по хвостовику зубила. Происходит обратный ход ударника. За счет поступления сжатого воздуха давление воздуха некоторое время повышается, а температура в передней камере падает. Отметка 6 соответствует началу выхлопа воздуха из камеры. Из передней камеры истекает воздух, что сопровождается падением давления и более интенсивным снижением температуры воздуха до 3 °С. После окончания фазы выхлопа (участок 8-9) сжатый воздух продолжает поступать в камеру по впускному и командному каналу задней камеры до временного участка 12-13 и этому соответствует рост температуры до 25 °С. Девятнадцатая отметка соответствует началу сжатия воздуха в камере до момента удара (22-я отметка). Температура в передней камере возрастает до 72 °С.
В период работы молотка происходит массоэнергообменное, тепловое и механическое взаимодействие воздуха в цилиндре с внешней средой.
Механическое взаимодействие осуществляется путем перемещения ударника. Оно сопровождается изменением объема камеры. Массоэнергообменное взаимодействие выражается в процессах присоединения и отсоединения порций сжатого воздуха. Тепловое взаимодействие происходит за счет теплообмена воздуха в камере с вновь поступающим, а также со стенкой цилиндра. В процессе работы пневматического молотка температура воздуха в рабочих камерах непрерывно меняется как по времени, так и по пространству. Как видно из рис. 3, в районе зоны выхлопного окна максимальная и средняя температуры воздуха ниже температуры сжатого воздуха.
Таблица 2. Средние температуры воздуха в передней камере
Пара- метр Периоды
Обратный ход Прямой ход до выхлопа Прямой ход За цикл работы
t, °С 50,5 56 47 49
tcp, С 45 58 45 45
Пара- метр Периоды
Сжатие От удара до выхлопа От выхлопа до сжатия За цикл работы
t, °С 41 48,5 19 31
V °С 48 48 10,5 37
10 12 14 16 18 20 Отметки
измерения
Рис. 3. Осциллограмма рабочих процессов рубильного молотка М-6: Рп, Р3, Тп, Т3 - давление и температура воздуха в передней и задней камерах
В табл. 1 и 2 приведены значения среднеарифметической ¿ср и среднеинтегральной I температур воздуха в камерах цилиндра в различные периоды цикла работы.
Таблица 1. Средние температуры воздуха в задней камере
Максимальная температура воздуха в камере тем выше, чем больше степень сжатия и чем позже начинается впуск сжатого воздуха. Так в задней камере рубильно-клепального молотка КЕ-22, имеющего более высокие значения максимального давления и степени сжатия воздуха, максимальная температура воздуха выше на 42 °С, чем у молотка М-6. Можно отметить, что у большинства типов клепальных и отбойных молотков степень сжатия воздуха в задней камере выше, чем у молотка М-6.
Из результатов исследования следует, что средняя температура воздуха в камерах в отдельных периодах и, в целом, за цикл заметно выше, чем температуры сжатого воздуха и окружающей среды, т. е. налицо температурный напор и предпосылка к теплообмену между рабочим телом и стенкой ствола молотка.
Заключение
Разработаны методика и средства экспериментальных исследований рабочих процессов в камерах и температурного поля поверхности пневматических молотков.
Установлены закономерности и значения температуры воздуха в камерах цилиндра. Показано, что температура воздуха в рабочих камерах непрерывно изменяется по времени и по пути поршня. Максимальная и средняя температура воздуха в камерах значительно выше, чем температуры подводимого сжатого воздуха и окружающей среды. Температура в камерах тем выше, чем больше степень сжатия воздуха. В поперечных сечениях цилиндра, проходящих через зону выхлопных окон, минимальная и средняя температуры воздуха ниже, чем температура подводимого сжатого воздуха.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Санитарно-эпидемиологические правила СП 2.2.2.1327-03. Гигиенические требования к организации технологических процессов, производственному оборудованию и рабочему инструменту // Российская газета. - 2003. - № 119/1.
Глазов А.Н. Влияние эксплуатационных параметров на характеристики пневматических молотков // Известия Томского политехнического университета. - 2007. - Т. 310. - № 2. - С. 60-63.
3. Кулаков М.В., Макаров Б.И. Измерение температуры поверхности твердых тел. - М.: Энергия, 1979. - 96 с.
4. Чистяков В.С. Краткий справочник по теплотехническим измерениям. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 320 с.
Поступила 25.06.2008 г.
