Методика и Результаты исследования основных характеристик рабочего органа оборудования для струйно-абразивной обработки деталей обуви Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.992:681.5

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧЕГО ОРГАНА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СТРУЙНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ОБУВИ

© 2007 г. В.И. Юрченко

Эжекторный струйно-абразивный пистолет (ЭСАП) является главным рабочим органом оборудования для струйно-абразивной обработки (САО) деталей обуви (низа и верха) перед склеиванием [1]. Его основное служебное назначение - формирование воздушно-абразивной струи, осуществляющей механическую обработку поверхности обувных деталей перед склеиванием.

Как показывают исследования характеристик воздушно-абразивной струи, формируемой ЭСАП, распределение абразивных частиц по объему струи, в значительной степени определяющее качественную (равномерную) обработку поверхности (и как следствие, требуемое качество клеевого соединения деталей обуви), зависит, наряду с другими факторами, от скорости несущей фазы, т. е. от скорости воздушного потока, проходящего через сопло струйно-абразив-ного пистолета [2]. Кроме того, скорость воздушно-абразивной струи влияет на интенсивность и механизм износа поверхности, т. е. определяет эффективность процесса САО.

Таким образом, знание диапазона изменения режимных характеристик рабочего органа - расхода и скорости активного сжатого воздуха, а также скорости абразивных частиц на выходе из сопла имеет важное значение при оценке эффективности работы любого ЭСАП и процесса САО в целом.

В общем случае расход воздуха Ж, проходящего через сечение канала площадью £ со скоростью V, определяется по формуле [3]

Ж = | Ус18,

£

где интеграл берется по всей площади сечения

В инженерных расчетах для определения расхода Ж пользуются упрощенной формулой

Ж = ЯУ, (1)

где V' - средняя скорость воздуха для данного сече-

2

ния канала; £ = пЯ , если сечение представляет собой круг радиусом Я.

Определение численных значений Ж для всех типов ЭСАП [4-6] при различных сборках и позициях аэродинамических элементов выполнялось с помощью экспериментального стенда, представленного на рис. 1.

1 3 2 4 5 7 6

Рис. 1. Схема экспериментального стенда для исследования расходных характеристик ЭСАП: 1 - камера; 2 - ЭСАП;

3 - анемометр; 4 - воздухопровод; 5 - манометр; 6 - вход

пневмомагистрали; 7 - вентиль

Стенд содержит камеру 1, предназначенную для аккумулирования воздушной массы, истекающей из исследуемого пистолета 2, жестко закрепленного в отверстии боковой стенки камеры. В верхней части камеры имеется круглое отверстие диаметром 145 мм, через которое аккумулированная воздушная масса выходит в атмосферу. В непосредственной близости к отверстию укреплен чашечный анемометр 3 марки МС-13 [7], предназначенный для измерения средней скорости воздушного потока, истекающего из камеры. Объем воздуха, поступающего в камеру через ЭСАП по воздуховоду 4 из компрессора 6, регулируется вентилем 7, при этом давление воздуха регистрируется манометром 5.

Работа на стенде происходит следующим образом.

Предварительно подлежащий исследованию ЭСАП [4-6] собирают по заранее намеченной схеме (рис. 2-4). После этого его подключают к воздуховоду

4 и закрепляют в отверстии камеры. Устанавливают вентиль 7 на заданное давление воздуха, регистрируемое манометром 5, включают анемометр 3 и с помощью секундомера экспонируют анемометр в воздушном потоке по известной методике [7]. Затем по гра-дуировочному графику определяют скорость потока, а по формуле (1) вычисляют расход Ж. Время экспонирования определяют как среднее из пяти замеров для каждого значения давления воздуха и для каждой сборки и позиции исследуемого пистолета.

Wx10-2, м3/с

Рис. 2. Расчетная схема ЭСАП-1: сборка - А: Ь= 20 мм; сборка - Б: Ь= 27 мм; сборка - В: Ь= 35 мм

Рис. 3. Расчетная схема ЭСАП-2: сборка - А: Ь= 45 мм; сборка - Б: Ь= 35 мм; сборка - В: Ь= 25 мм; позиция - 1: Ъ = 7,5 мм; позиция - 2: 2 = 3,75 мм; позиция - 3: 2 = 0

Рис. 4. Расчетная схема ЭСАП-3: сборка - А: Ь= 18 мм; сборка - Б: Ь= 0; сборка - В: Ь= -6 мм (сопло выходит за пределы корпуса); позиция - 1: 2 = 0; позиция - 2: 2 = 3,75 мм; позиция - 3: 2 = 7,5 мм

Результаты экспериментального определения расхода сжатого воздуха на пистолетах ЭСАП-1, ЭСАП-2, ЭСАП-3 при различных сборках каждого из них приведены на рис. 5-12. Статистическая обработка экспериментальных данных, представленных на рис. 5-12, показала удовлетворительное (в среднем с 6 % -й ошибкой) совпадение их с расчетными в соответствии с аналитическими зависимостями, предложенными в работе [2].

Анализ полученных экспериментальных зависимостей показывает, что наибольшими расходными характеристиками при прочих равных условиях обладает конструкция ЭСАП-3 [6]. Следовательно, использование ее при САО позволяет достичь наибольших скоростей абразивных частиц, обеспечивающих эффективную обработку поверхности деталей обуви и требуемое качество клеевого соединения деталей низа и верха.

На основании результатов экспериментов по определению расхода воздушного потока через пистолеты можно расчетным путем определить среднюю скорость истечения воздуха из сопла каждого пистолета.

ЭСАП-1

/ ^ Сборка - А

ш - Б

// Сбор ка - В

0 0,1 0,2 0,3 0, мм

Рис. 5. Зависимость расхода воздуха от давления воздуха

Рис. 6. Зависимость расхода от положения сопла в корпусе ЭСАП

При этом необходимо исходить из условия, что расход W1 воздуха через пистолет будет таким же, как и расход W через камеру (см. рис. 1):

W1 = W.

Учитывая, что W = У'8 , У(8 1 = V'8 , где У[ - скорость воздушного потока через сопло пистолета; 81 - сечение сопла пистолета; 81 = пЯ С ; Яс - радиус сопла.

Таким образом, У[ = 8У' / 81, или, производя соответствующие подстановки,

Vi' = (R/ Rс )2 V

(2)

Результаты расчета по формуле (2) представлены в табл. 1.

9

6

3

9

6

3

Wx10-2, м3/с

12

ЭСАП-2

Сборк \ Сбо са - А, Б рка - В

А

/

0 0,1 0,2 0,3 д, мм

Рис. 7. Зависимость расхода воздуха

от давления

Wx10 , м3/с

12

ЭСАП 3

5 6 2

1

0

Z, мм

Рис. 9. Зависимость расхода воздуха от размера

2 3 щелевых отверстий в сопле Жх10 , м3/с

L, мм

Рис. 11. Зависимость расхода воздуха от положения сопла в корпусе ЭСАП

Wx10 , м3/с

12

д = 0,1 МПа

N 1

д = 0,2 МПа-

N 1

д = 0,3 МПа

N д = 0,4 МПа ]_

25 35 45 55 I, мм

Рис. 8. Зависимость расхода воздуха от положения сопла в корпусе ЭСАП

Гх10-2, м3/с

12

ЭСАП сборка -3 -А

• позицш ч I-1

/// 4 ПОЗИЦИ5 ^ позицш 1-2 1-3

/

0

0,1

0,2

0,3

Q, МПа

Рис. 10. Зависимость расхода воздуха от давления

Гх10-2, м3/с

12

Q= 0,3 МПа 4Q= 0,3 МПа

Q = 0,3 МПа

0

Z, мм

Рис. 12. Зависимость расхода воздуха от величины зазора между соплом и вставкой

9

9

6

Таблица 1

Расчетные значения скорости воздушного потока через сопла пистолетов ЭСАП-1, ЭСАП-2, ЭСАП-3

Скорость воздуха на выходе из сопла при давлении, м/с

Тип пистолета 0,1 МПа 0,2 МПа 0,3 МПа 0,4 МПа

мин. знач. макс. знач. мин. знач. макс. знач. мин. знач. макс. знач. мин. знач. макс. знач.

ЭСАП-1 40,57 86,43 79,38 123,48 123,48 130,53 141,12 149,94

ЭСАП-2 59,97 84,67 100,54 130,53 123,48 141,12 141,12 149,94

ЭСАП-3 87,55 124,41 138,24 170,49 170,49 211,96 184,32 223,43

Примечание. Минимальное и максимальное значения скорости соответствуют различным схемам сборки пистолетов (см. рис. 2-4).

Таблица 2

Скорость абразивных частиц при выходе из сопла пистолетов ЭСАП-1, ЭСАП-2, ЭСАП-3

Скорость абразивных частиц при выходе из сопла, м/с

Тип пистолета при отставании скорости на 5 % от скорости воздуха при отставании скорости на 30 % от скорости воздуха

0,1 МПа 0,4 МПа 0,1 МПа 0,4 МПа

минимальное значение максимальное значение минимальное значение максимальное значение

ЭСАП-1 38,54 142,44 28,39 104,95

ЭСАП-2 56,97 142,44 41,97 104,95

ЭСАП-3 83,55 212,30 61,28 156,43

Примечание. Минимальное и максимальное значения скорости соответствует различным схемам сборки пистолетов.

3. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М., 1982.

4. А.с. № 916286 СССР, МКИ В 24 С. Сопло для абразивной обработки деталей/ М.В. Трубников (СССР) // Б.И. 1982. № 12.

5. А.с. № 1227440 СССР, МКИ В 24 С 3/09. Сопло для абразивной обработки деталей / В.И. Юрченко, В.В. Бес-коровайный, К.М. Зурабян, Л.А. Эйзнер (СССР) // Б.И. 1986. № 16.

6. А.с. № 1632757 СССР, МКИ В 24 С 3/09. Струйно-абразивное сопло / В.И. Юрченко, В.В. Бескорованый (СССР) // Б.И. 1991. № 16.

7. Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. Л., 1974.

8. Клейс И.Р. Некоторые исследования абразивной эрозии: Дис. ... д-ра техн. наук. Таллин, 1970.

Шахтинский институт (филиал)

Южно-Российского государственного технического университета

(Новочеркасского политехнического института) 15 декабря 2006 г.

По данным табл. 1 можно оценить и скорость абразивных частиц при выходе из сопла каждого пистолета, если принять во внимание, что она в среднем на 5-30 % меньше скорости воздуха [8] (табл. 2).

Литература

1. Бескоровайный В.В., Юрченко В.И. Новое в механической

обработке деталей обуви. М., 1985.

2. Юрченко В.И. Влияние конструктивно-технологических

факторов на интенсификацию процесса струйно-абразивной обработки деталей низа обуви перед склеиванием: Дис. ... канд. техн. наук. М., 1990.