CC BY
28
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕД! НИЕ
%
Машины и технологии литейного производства
удк «1.865.8 И я. ГЕРАСИМОВ
Омский государственный технический университет
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЦИКЛА ВСТРЯХИВАНИЯ ФОРМОВОЧНЫХ МАШИН
Изложена методика расчета времени рабочего цикла пневматического двигателя, совершающего возвратно-поступательное движение. Задача решается путем графического интегрирования площади индикаторной диаграммы в координатах давление — перемещение поршня, не имеющего жестких кинематических связей. Результаты расчетов позволяют определить производительность пневматического двигателя при уплотнении формовочной смеси в литейном производстве.
■X
3
В практике литейного производства широкое применение находят формовочные машины и автоматы, осуществляющие уплотнение формовочной смеси встряхиванием. Эта технологическая операция изготовления литейной формы реализуется двигателем цилиндр-поршень не имеющего жестких кинематических связей. Общепринятым способом анализа работы пневматических поршневых механизмов при их проектировании и последующих испытаниях является построение индикаторной диаграммы. Метод приближённого аналитического решения системы уравнений рабочего процесса встряхивающего цилиндра пневматической машины был предложен Столбовым С.З. (I). Индикаторная диаграмма строится в координатах давление —объём, поскольку объём цилиндра равен произведению его длины на площадь поршня, то чаще строят диаграмму в координатах дав-
ление — ход поршня. В ГОСТе 7020-62 на основные параметры и размеры встряхивающих машин с до-прессовкой содержится норма частоты встряхивания в Гц. Поскольку индикаторная диаграмма не содержит в явном виде фактор времени, то для определения частоты встряхивания поршневого механизма воспользуемся свойством диаграммы установленным Израилевичем Л. Д., связывающую индикаторную диаграмму с ускорениями поршня (рис. 1) [2|.
Продолжительность одного цикла встряхивания определяем следующим образом. Разбиваем ход поршня на индикаторной диаграмме (рис.!) па ряд последовательных участков Ы и на каждом таком участке движение поршня будем считать равноускоренным или равнозамедленным, в зависимости от направления движения и направления ускорения его на этом участке. Определяя продолжительность прохожде-
136
Рис. I. Индикаторная диаграмма встряхивающего механизма с поршневым воздухораспределенисм
нии каждого участка I, и суммируя I, можно определить полную продолжительность одного цикла встряхивания Т
Т= I», ».(! '
(1)
Начало движения поршня вверх (точка 0) определим из условия, что движущая сила должна быть больше или равна силам сопротивления
р^С + Я
(2)
где р — давление воздуха в цилиндре; Р - площадь поршня; С — сила тяжести подвижных частей; Я — сила трения в цилиндре.
Решая уравнение (2), получаем давление, соответствующее началу движения поршня вверх,
С+К
(3)
На индикаторную диаграмму наносим линию соответствующую этому давлен и ю.
Повторив все эти вкладки при движении поршня вниз, и считая, движущей силой С, получаем давление, соответствующее движению вниз,
р*
є - я
14)
Величина ускорения на каждом участке хода поршня встряхивающего механизма определяется по индикаторной диаграмме: отрезки между горизон-в+Я
талью —г— и верхней линией диаграммы в определен*
г
ном масштабе представляют ускорение. Отрезки направленные вверх, считаем положительными, а отрез-ки направленные вниз — отрицательными. При движении поршня вниз направление вектора ускорения
рассматриваем линии — .
Длину ьго участка Ы, которой задаёмся предварительно, производя разбивку хода поршня Н на участки. Длина различных участков Ы может быть неодинаковой и выбирается в зависимости от удобств расчёта. При ходе поршня встряхивающего механизма длина участков Ы положительная, а при ходе вниз — отрицательная.
Скорость поршня в начале ^то участка — У(,, которая определяется на предыдущем (М)-м шаге расчёта. Среднее ускорение поршня измеряется отрезком в средней точке Ьго участка (чтобы получить среднее ускорение на участке). Если длина такого отрезка Ь, мм, то соответствующее ускорение равно
а, = .
(5)
Поскольку индикаторная диаграмма построена в определённом масштабе давления шр, то масштаб
ускорения можно вычислить
т.=ёт‘
м/с1 мм.черт. '
(6)
На основании данных Уи, а и Б, можно определить скорость поршня в конечной точке і-го участка — V, и продолжительность движения поршня на 1-м участке — 1,. Поскольку движение поршня на і-м участке мы считаем равнопеременным, то все упомянутые величины связаны между собой следующими двумя уравнениями:
У.яУ,-, + *Л 5,=УМ1,+^
(8)
Таким образом, определение продолжительности цикла встряхивания сводится к решению системы из двух уравнений сдвумя неизвестными. Решив первую систему из двух уравнений для 1-го участка пути (использовав при этом начальные условия задачи), мы получаем данные для составления 2-й системы уравнений для второго участка, решив которую получаем данные для 3-й системы уравнений и т.д.
Однако, если пользоваться этим методом непосредственно, то приходится выполнять большую вычислительную работу, решая столько систем квадратных уравнений, на сколько участков разбит ход поршня. Э го связано с излишней затратой времени и вероятностью ошибок. Для упрощения расчётов преобразуем уравнение (7) следующим образом:
а,
(9)
Подставляя уравнение (9) в уравнение (8) после преобразования получаем
(10)
Уравнения (9) и (10) позволяют резко сократить объём вычислительной работы, а следовательно повысить точность определения длительности цикла встряхивания.
Д\я первого цикла встряхивания (после включения крана подачи сжатого воздуха в цилиндр) при 1 = 0;
= 0; >/,=04; 10=0. а для последующих ходов Ь0 = 0 начальными условиями при \/у 1 = 0; Б,, = 0; Ь0=0; У0= кУу; где Уу — скорость поршня в момент удара для предыдущего цикла, к — коэффициент восстановления скорости при ударе. Для встряхивающего механизма, согласно (3), к = 0,3 —0,5.
Последующие вычисления производятся согласно разбивке хода поршня, обратив при этом внимание на знак при ходе поршня вверх, величина — положительная, а при ходе вниз — отрицательная. Составив несложную программу и вводя постоянные величины в, Р. тр и переменные Б, и вычисляем продолжительность одного цикла встряхивания Т. При этом встряхивающий механизм работает с частотой
п = :р. Гц.
(11)
Скорость поршня на последнем участке диаграммы представляет скорость удара Уу и следовательно кинетическая энергия массы М в момент удара Еу равна
МУ*
Е, =-£■*-, Дж/м2. (12)
Удельная работа на уплотнение формовочной смеси может быть определена из уравнения Аксёнова Н.П. [3|
б = 1000 + 63,5С А0* кг/м’. Откуда удельная работа А равна
А . 6-1000 I"1
63.5С Аж/м ■
(13)
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК Ш2 «М> 2007 МАШИНОСТРО{НИ£ И МАШИНОВІДІНИС
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИ* №2 (54) 2007
где 8 - конечное среднее уплотнение смеси; С — коэффициент унлотнясмости смеси.
Удельная работа уплотнения, ход поршня и число ударов для уплотнения смеси в опоке связаны между собой следующей зависимостью
А = — ЗЪ\у дж/м2,
(15)
где Р1( — площадь опоки, м2; Б — ход поршня, м; Ъ — число ударов; Г)у = 0,4-0,7 - коэффициент использования энергии удара. На уплотнение формы необходимо затратить энергии
Е*=АР0.
(16)
При каждом ударе на уплотнение формовочной смеси затрачивается
Е, = СБп, Дж/удар.
(17)
Тогда общая продолжительность уплотнения смеси встряхиванием 1,,, = С.
Предлагаемая методика расчёта пневматического поршневого механизма позволяет по индикаторной диаграмме на стадии проектирования определить продолжительность рабочего цикла не только формовочной машины, ной перфоратора, пневмотрамбовки и рубильного молотка.
Библиографический список
1. Столбовой. С.З. К вопросу о расчёте пневматических рют-тдеров по методу профессора М.П. Аксёнова. // Литейное дело. 1935. -№5. -С. 13-14.
2. Израйлсвич, Л.А. О некоторых свойствах индикаторной диаграммы пневматической встряхивающей фирмовочной машины //Литейное производство, 1951.- №9. — С. 18-19.
3. Аксёнов, Н.Г1. Оборудование литейных цехов. М.: Машиностроение, 1977.-510 с.
Следовательно, число ударов, необходимое для уплотнения литейной формы, равно
Е,
(18)
УДК 621.744.4
ГЕРАСИМОВ Иван Яковлевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства».
Статья поступила в редакцию 13.04.07 г.
© И. Я. Герасимов
Г. С. ГАРИБЯН О. А. ШУЙКИН М. И. ЧЕРЕДНИЧЕНКО Д. В. ЯАВРИК
Омский государственный технический университет
ВЛИЯНИЕ
ПРОХОДНОГО СЕЧЕНИЯ ВЕНТ НА КАЧЕСТВО ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ ПРИ ВОЗДУШНО-ИМПУЛЬСНОМ СПОСОБЕ ФОРМОВКИ
Приведены экспериментальные данные влияния проходного сечения вент на качество литейной формы. Даны рекомендации по сечению вент в зависимости от площади сечения импульсного клапана.
В современном мире спрос на литые заготовки очень большой, но экспорт российского литья всего 0,6 % от общего выпуска. Причина в технологическом отставании литейною производства российских предприятий. По разным оценкам это отставание составляет 20- 25 лет (1 ]. Российские предприятия, по существу, не способны конкурировать на международном рынке литья, т.к. современное состояние о течественных литейных технологий исключают переход на качественно новый уровень.
В условиях рынка, когда к отливкам поточности и прочностным характеристикам предъявляются крайне строгие требования, становится все более очевидной необходимость технического перевооруже-
ния литейного производства. В настоящее время наиболее развитым с точки зрения оборудования и технологии, является автомобильная промышленность. Такие заводы, как ВАЗ и КамАЗ, обеспечивают
9-й класс размерной точности отливок, а отливки, выпускаемые на заводах ЗИЛ, ГАЗ, УАЗ и т.д., имеют
10—13 классы точности. Современные западные автоматические линии обеспечивают 7-й класс точности на этих же разовых песчаных формах. Это означает, что на отливках отечественного производства припуск на механообработку больше в 2 —4 раза.
Существует мнение, что какая бы отливка ни была, из нее всегда можно сделать хорошую деталь, просто обдирать придется дольше. Однако известно
