CC BY
26
УДК 62-229.385
Е. С. Абдрахманов1, И. Э. Дейграф 2, М. Ж. Тусупбекова3, А. Ж. Аубакиров4
'к.т.н., профессор, 2ст. преподаватель, 3ст. преподаватель, Павлодарский государственный университет имени С.Торайгырова, г. Павлодар, 4магистрант, Инновационный Евразийский университет, г. Павлодар.
ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ПНЕВМАТИЧЕСКОГО УДАРНОГО ЦИЛИНДРА УСТАНОВКИ ВСП-КОМБИ
В данной статье речь идет о расчете и анализе динамики пневматического ударного цилиндра, имея в наличии исходные данные о кинетической энергии и рабочем ходе цилиндра.
Ключевые слова: динамика, пневматика, ударный цилиндр, кинетическая энергия, конструкция, инженерный метод.
Задачей инженерного метода расчета является определение конструктивных размеров цилиндра при определенных заданных или известных параметрах его работы. Перед началом работы проектирования конструктор зачастую имеет
следующие известные параметры: Е>: = —--кинетическая энергия, которую
должен развить пневмоцилиндр. Либо - рабочий ход (включая торможения), либо А',1, - ход, при котором цилиндр развивает требуемую величину; Е\. -кинетической энергии; Д,^, - давления магистрали и окружающей среды; иа - диаметр штока, размер которого определяется из прочностных соображений.
Примем следующие, не вносящие заметной погрешности, допущения; вследствие малого времени рабочего хода поршня не учитываем теплообмен с
" " А
окружающей средой, приток воздуха в камеру А из магистрали и выход воздуха в атмосферу из камеры Б, утечки воздуха через уплотнения. С учетом этих допущений уравнение баланса энергии запишется в виде
!".■■■■■■:=■=■■, (1)
где: Ек - необходимая (заданная) величина кинетической энергии; А(Р-1) - внешняя работа расширяющегося в камере А газа; А(Рг) - внешняя работа сжимаемого газа в камере Б;
А(Р} - работа всех внешних сил, исключая давление воздуха и веса движущихся частей.
Исходя из вышеизложенных допущений, находим, что расширение воздуха в камере А и сжатие воздуха в камере Б подчиняется адиабатическому закону изменения состояния газа. Изменение давления в камере А:
рМгАК = СОГС^ ИЛИ РИГАИ =
р5 - уЛтгГ - йД
(I-ху
где: р! 1 Рг - текущие значения давлений в камере Айв камере Б;
, У2 - текущие значения объемов камеры А и камеры Б;
¡Б - параметры, характеризующие размеры камеры А и камеры Б, до начала движения поршня;
х - перемещение поршня;
А(Р] - работа внешних сил; в основном определяется силами трения. Исходя из технических условий на изготовление цилиндров потери энергии за счет сил трения составляют около 15% от потребляемой энергии.
А(£г) - работа веса вертикально движущихся частей. Знак (-) в уравнении (1) перед величиной А(£г ] берется при рабочем ходе поршня вверх.
С учетом вышеизложенного, уравнение (1) можно переписать в виде:
Пг
(2)
где: а = 0.35 - коэффициент, учитывая потери энергии за счет сил трения.
Анализ динамики пневматического ударного цилиндра, приведенный в работе [2] показывает, что у высокоскоростных пневмоцилиндров с торможением в конце хода оптимальная величина разгона движущихся масс до максимальной скорости находится в пределе: Х ^ = -г О.ЬЛ' + Ц; а оптимальный параметр характеризующий величину объема камеры А, для данной величины разгона находится в пределе: = (0,65 -г ОДО. Исходя из данных соотношений определяем величину:
¡Б = Б' = (0Г7 0,87)Л'Ч;
(3)
После интергрирования уравнения (2) получаем:
(4)
Из уравнения (4) определяется диаметр поршня. Полученный результат можно округлить, но при этом необходимо пересчитать величину развиваемой цилиндром кинетической энергии. Приняв в уравнение Р^ = Рц; Р2 = Рг, определяем площадь отверстия сверления в промежуточном теле цилиндра при известном- диаметре цилиндра:
(5)
Объем камеры А
Объем камеры Б
у% -—7— Ч
(6) (7)
Длина гильзы цилиндра:
(8)
где: ^грт - толщина стенки промежуточного тела; ^тг - толщина поршня.
Время срабатывания пневматического ударного цилиндра определяется по формуле:
Т = + Ъ +- + ^
(9)
где: ¿1 - время срабатывание распределительного органа;
tz - время распространения волны давления в трубопроводе от распределительного органа до цилиндра;
- время наполнения объема от давления Ра до Рм (опорожнение объема от Рм до Ра);
£4 - время разгона поршня до велечины необходимой кинетической энергии.
Величины 11, И, 14 малы по сравнению с величиной 13, поэтому с достаточной точностью можно записать 7 Время срабатывания пневмоцилиндра
соответствует большему значению из двух, определяемых по уравнениям.
Величина кинетической энергии и ход поршня Х зависит от размеров подводимых трубопроводов в пределах допущений, принятых в данной методике. Размер трубопроводов определяется временем срабатывания пневмоцилиндра.
Расход воздуха определяется по уравнениям (8) и (9).
На основании расчета был спроектирован рабочий орган формовочной машины (рисунок 1). Ударный пневмоцилиндр содержат аккумулирующую 1 и поршневую 2 полости, разделенные промежуточной крышкой 3 с отверстием 4 и полый шток-поршень 5, с цилиндрическим пояском 6 и уплотняющим элементом 7, в исходном положении взаимодействующим с отверстием 4. Промежуточная крышка 3 имеет дренажное отверстие 3, а шток-поршень 5 взаимодействует с пусковым устройством 9 и образует с корпусом 10 пневмоцилиндра штоковую полость 11. Размер отверстия 4 в промежуточной крышке 3 необходимо по возможности уменьшать, чтобы снизить усилие воздействия давления, установившегося в аккумулирующей полости 1 перед пуском, на пусковое устройство 9, однако он должен быть достаточным, чтобы обеспечить оптимальную перетечку сжатого воздуха на аккумулирующей полости 1 в поршневую 2 при движении поршня-штока 5. Размер дренажного отверстия должен быть достаточным, чтобы компенсировать перетечки сжатого воздуха через уплотняющий элемент 7, но его чрезмерно увеличение приведет у непроизводительным потерям энергии сжатого воздуха при движении штока-поршня 5.
Пневмоцилиндр работает следующим образом. В исходном положении в штоковую полость 11 подано давление, в аккумулирующая 1 и поршневая 2 полости связаны с атмосферой. Перед пуском аккумулирующая полость 1 соединяется с источником сжатого воздуха, а штоковая 11 с атмосферой, при этом поршневая полость 2 остается связанной с атмосферой через дренажное отверстие 3. К
и А и
моменту включения пускового устройства 9 давление в аккумулирующей полости
I выравнивается с давлением источника сжатого воздуха, а в штоковой полости
II с атмосферой, то на пусковое устройство действует сила, определяемая лишь размером отверстия 4, а не всего диаметра штока-поршня 5. После срабатывания пускового устройства 9 шток-поршень 5 начинает двигаться вниз под действием веса падающих частей, и силы давления воздуха на площадь отверстия 4. Как только уплотняющий элемент 7 выйдет из отверстия 4, то давления воздуха начинает действовать на всю площадь штока-поршня 5, и осуществляется разгон падающей части, при этом, поскольку в начальный момент движения давление в штоковой полости равняется атмосферному, разгон приводится наиболее эффективно, что и определяет повышение К.П.Д. механизма.
Такая конструкция разработана для того, чтобы пакет смеси во второй стадии уплотнения, в начальный момент, двигался бы с места плавно, без рывков и сотрясений, а затем с максимальной скоростью.
Эта разработка осуществлена на установке «ВСП-КОМБИ».
Рисунок 1 - Схема ударного механизма СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Matveyenko, I., Abdrakhmanov, Y. Impulse Compoktion of Sand Package with Mould Surface Strengthening. Manag. And Technol. - NY, 1993. - №№11. p. 17-18.
2 Авторское свидетельство СССР №1613242, кл. В22С 15/02, 1990. Способ изготовления литейных форм// Матвеенко И. В., Абдрахманов Е. С., Кушербаев Е. М.
3 Матвеенко, И. В., Шалимова, М. А. Образование поверхностного упрочненного слоя в песчаной форме. Литейное производство. - №12. - 1997. - с. 9-10.
Материал поступил в редакцию 01.06.15.
Е. С. Абдрахманов1, И. Э. Дейграф1, М. Ж. Тусупбекова1, А. Ж. Аубакиров2 ВСП-комби екпшд1 цилиндр ^OHAbipFbicbi есебшщ инженерлж aAici
1С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемелекетлк университет^ Павлодар к.; 2Инновацияльщ Еуразия университет^ Павлодар к.
Материал 01.06.15 баспаFа тYстi.
E. S. Abdrakhmanov1, I. E. Deigraf1, M. Zh. Tusupbekova1, A. Zh. Aubakirov2 Engineering calculation method of the pneumatic impact cylinder of HSC-combi equipment
1S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar; 2Innovative University of Eurasia, Pavlodar.
Material received on 01.06.15.
Аталган мацалада цилиндрдщ жумыс журютщ жэне кинетикалъщ энергиясынъщ алынган мэлiметтерi болгандыцтан, пневматикалыц екпiндi цилиндртщ динамикасына жэне есебше талдау жург^зу туралы баяндалады.
The article deals with calculation and analysis of a pneumatic impact cylinder dynamics, basing on the initial data on kinetic energy and working stroke of a cylinder.
УДК 669.713 А. А. Асаинов
магистрант, Инновационный Евразийский университет, г. Павлодар
АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДОВЫХ И БОРТОВЫХ ОГНЕУПОРОВ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
В данной статье, исследуется качество образцов углеродистых и кремнеземистых огнеупоров на экспериментальном стенде.
Ключевые слова: алюминиевый элетролизер, элетролиз, анод, футеровка, огнеупорность, термическая нагрузка, эксперимент.
Алюминиевые электролизеры (с обожженными электролизерами и самообжигающимися анодами), футеруются огнеупорными материалами. Срок службы алюминиевых электролизеров, во многом, определяется сроком службы футеровки. При термическом воздействии на футеровку печи возникают такие физические явления, как термическое расширение, пластическая деформация и растрескивание, которые определяют возможность осуществления термотехнологического процесса, стойкость футеровки без нарушения геометрических форм рабочей камеры, длительность эксплуатации и технико-экономические показатели процесса получения целевого продукта [1].
Огнеупорные материалы - изделия на основе минерального сырья, отличающиеся способностью сохранять свои свойства в условиях эксплуатации при высоких температурах, и которые служат в качестве конструкционных материалов и защитных покрытий [2].
Функционально любое огнеупорное изделие может выполнять от одной до четырёх основных задач:
1 удерживать расплавленный металл или раскалённые газы (а также их потоки) в заданном объёме или пространстве;
2 предотвращать вторичное окисление и загрязнение металла неметаллическими включениями;
3 служить тепловой изоляцией металлических частей агрегатов;
4 поддерживать заданную температуру металла (газов) или заданные минимальные потери из агрегата.
Конструкторы, строители электролизеров, изготовители огнеупоров и инженеры-эксплуатационники это хорошо понимают. Целесообразный выбор футеровки электролизеров только тогда возможен, если с одной стороны, известны как можно точнее особенности характеристик огнеупорных материалов и с другой - нагрузки материалов на реальном производстве. Связь между различными
