3.1 Сурет – Бу–ауалы тоқпақтардың энергия тасушының таратқыш механизмінің сұлбасы: а – соғу; б – қалыптау

Бірінші жүрісті төмен қарай жүргізу үшін басқышты қозғалмалы бөлімдердің жүріс бөлігінің ең жоғарғы жағдайда тұрған кезде басу керек. Реттығын h_п мөлшеріне орын ауыстырып ең шеткі жоғарғы жағдайын алады (3.2 в сурет), негізінен жоғарғы энергия тасушының шығаруын қамтамасыз етеді. Ары қарай реттығын автоматты түрде h_m мөлшеріне орын ауыстырады, барлық таралу периодын қамтамасыз ете отырып (3.2 г сурет). Реттығынның бастапқы монтажды жағдайы ab кесіндісімен сипатталады. Жұмыс бөліктері сол кезде төменгі жағдайда болуы керек (3.2 а сурет). Басқышты басқан кезде дроссель ашылады (3.2 б сурет). Ол кіріс каналының қима мөлшерін реттейді, басқан кезде басқыштың орын ауыстыру мөлшеріне байланысты болады. Дроссельмен қамтылған таралу механизмі бақылаушыға ие болады (эксцентрик 5), осы кедергішпен тартқыш арқылы қосылған. Басқышты жартылай түсірген кезде төменгі терезелердің жартылай ашылуы қамтамасыз етіледі (3.2 е сурет).

Эксцентрик тұтқасы айналған кезде дроссельдің өту қимасы өзгереді – бұл жөндеп реттеу. Басқышты басқанда тоқпақтың жұмыс істеукезінде дроссель өту қимасын өту үшін және энергия тасушы ағымының кедергісін ұлғайту үшін айналады. Басқыш бос болған кезде (басылмаған кезде), дроссель тесікті жабады, ағымның жергілікті кедергісін көбейтеді, бұл дроссельден шығу кезіндегі қысмның төмендеуіне әкеледі. Сонымен қатар, жоғары қарай жүріс кезінде және айналу циклі уақыты кезінде энергиятасушының шығынын азайтады.

1, 4, 5, 6 – Төмендегі тоқпақтама; 2,3 – жоғарыдағы тоқпақтама

3.2 Сурет – Бірізділік соққылар кезіндегі реттығын төлкесіндегі реттығынның орналасу сұлбасы

Төссіз бу–ауалық тоқпақ (қозғалмалы төспен) төссіз тоқпақтардың жұмыс принципі төменде келтірілген (3.3 сурет). Екі соққылы массалары – жоғарғы (1) және төменгі (2) – бір–біріне қарсы қозғалады. Көп жағдайларда соққы массаларының конструкциялары тең масса және бірдей жүріске ие болады. Сонымен қатар массаларында айтарлықта» айырмашылығы бар қозғалмалы төсті тоқпақтар болады. Жүрістердің шамасы массаға кері пропорционалды болады. Бу–ауамен, газбен немесе гидравликалық жұмыс цилиндрімен пайда болған сыртқы күш, массалардың біреуіне әсер етеді, ол қозғалысы арнайы байланыс механизмі нәтижесінде іске асатын, және екі массасы кинематикалық түрде байланысты болады. Сонымен қатар екі массаның тәуелсіз жетекті тоқпақтар конструкциясы бар.

3.3 сурет – Төссіз тоқпақтардың принципиалды сұлбасы (а) мен классификациясы (б)

Көбінесе массалардың қозғалыс конструкциялары тік жазықтықта өтеді. Сонымен қатар горизанталды массалардың қозғалыс тоқпақтары белгілі болады, оларды импакторлар деп атайды.

Бу–ауалы тоқпақтарддың байланыс механизм типі және жетек типі бойынша классифиуациясы сұлбада (3.3 б суретте) келтірілген.

Карама–карсы бағытта қозғалған массалардың соғылуы кезінде оларда жиналған энергияның үлкен бөлігі соғылманың деформациялану жұмысына шығындалады. Қалыптау кезінде деформацияланатын күштің импульсі іргетасқа берілмейді, бірақ кейде массалаың тәуелсіз жетегімен тоқпақты жөндеу жағдайлары ескерілмейді. Осыған байланысты төссіз тоқпақтардың іргетас массалары және оның өлшемдері қозғалмайтын төсті тоқпақ іргетас сипаттамаларына сәйкес 8–10 есе аз болады. Грунттардың тербеліс және ғимараттар мен қондырғылардың дірілі бақыланбайды.

Негізгі тетіктерді беріктікке есептеу әдістері. Тоқпақтың тетіктері қарқынды соққы жүктемелерге түседі. Максималды жүктемені есептеу (және максималды кернеуге) тоқпақ тетіктерін беріктікке жобалау үшін қажет. Серпімді–пластикалық деформацияны ескремеген жағдайда қалыпты қалыпқа соғу кезіндегі максималды мүмкін күш

, (3.1)

мұндағы ρ – соташық материалының тығыздығы; с – серпімді толқын жылдамдығы; v – соққы жылдамдығы; f_ш – соташық қимасының ауданы.

Соташық. Соташықтың оңтайлы диаметрін минималды бойлық кернеулер және олардағы ию кернеулер шартынан, сонымен қатар тұрақтылық (d ≥ 0,04l) және соташық массасының максималды энергия беру шартынан алады:

, (3.2)

мұндағы: V_n – поршен көлемі, см³; l – төменгі және жоғарғы конуссыз соташық ұзындығы, см; l _к – соташықтың төменгі конусының ұзындығ, см.

Қалыптау кезіндегі нақты жүктемелердің мөлшері төмен болады және ол жылдамдықты қалпына келтіру ε < 1 және басқа да құрылымы күрделі коэффициенттерді енгізумен ескеріледі. ρ=m/V_б=m/(S_б/h_б) мәнін (3.1) формуласына қойып, мұндағы т – тоқпақтама массасы, V_б, S_б және h_б– тоқпақтаманың көлемі, қимасының ауданы және биіктігі, ε=1 болғанда ε және π/10 фазалық коэффициентін енгізе отырып максималды жүктемелерді анықтаймыз

. (3.3)

Қалыптау кезінде пайда болатын жұмысшы циклді жүктемелерді есептеу тоқпақ конструкциясының ұзақ тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Ең төменгі жиілік бос бойлық тербелістерді (кернеулердің өзгеруін) ұзындығы l сырғақ үшін жуықтап анықтау керек:

Тоқпақ тетіктерінде шамасы кернеудің максималды мәнімен шамалас, интервалы Т_о= 1/ω_о кернеудің бес–алты амплитудасы байқалады. Соққы кезінде соташықтағы қозғалатын бөлшектердің кернеулі күйіне екі әдіспен – толқындық және энергетикалық– сырықтың қатаң кедергіге соққы кезіндегі толқынды механикасының тапсырмалар негізінде және кинетикалық энергияның теңдік негізінде және соташықтың серпімді деформация жұмысы кезінде талдау жасауға болады.

Төмен жиілікті тербелістерді қарастырған кезде толқындық әдіске сәйкес ең үлкен кернеулі соташықты тоқпақтамаға енгізу арқылы бірінші бос тербеліс периодын байқауға болады. Тоқпақ тоқпақтамасының соташықпен соғылған кезде серпімді–пластикалық жағдайында, олардың арасында қатаң емес кедергі соғылма бар, соташықтың серпімді деформациясына тек энергияның жартысы ғана шығындалады және кернеулері азаяды, мұнда жылдамдықты қайта орнына қою коэффициентін енгізу керек:

, (3.4)

мұндағы: ρ – соташық материалының тығыздығы, болат үшін ρ = 7,8 х 10³ кг/м³; с – серпімді толқын жылдамдығы, болат үшін с ≈ 5000ч÷5250 м/с; соңғы жылғадағы соққылар үшін ε ≈ 0,65÷0,7; ω₀ – поршень–соташық жүйесінің бос тербелісінің аз бұрыштық жиілігі; t₁ = l_ш/с серпімді толқынның соташық бойымен жүру уақыты. m_п/m_ш еөп тараған арақатынастар үшін ω₀t₁ фазалық бұрыш келесі мәндерге ие:

m_п/m_ш................ 0 0,1 0,17 0,2 0,25

ω_о t₁...................1,57 1,42 1,35 1,32 1,27

Кернеуді төмендету үшін m_п/m_ш≤ 0,2 деп алу керек.

Сонда

(3.5)

Және максималды кернеулер (болат соташық үшін ρ = 7,8·10³, с = 5000 м/с)

. (3.6)

Рұқсат етілген кернеу, қысу–созу кезінде симметриялы циклмен төзімділік шегіне сәйкес:

(3.7)

σ_т ≤ |σ| шартындағы соққының рұқсат етілген жылдамдығы

. (3.8)

Соташықтағы қатаң соққыны ескермеген кездегі максималды қысу кернеулері (МПа–мен) түзету коэффициенті 1,5 Е. П. Унксов формуласымен анықталады

, (3.9)

(3.6) және (3.9) есептелген есептердің нәтижелері эксперименттермен дәлелденгендей жуық нәтиже береді.

Соташықтағы ию кернеуін эксцентрикті соққы кезінде қозғалмалы бөлімдердің айналуы кинетикалық энергия баланс теңдеуімен және соташықтың серпімді деформациясының,тоқпақтаманың бағыттаушы шығыңқылығының және тұғырдың потенциалды энергиясымен анықталады:

, (3.10)

мұндағы: d_mжәне l –соташықтың диаметрі және ұзындығы; h_б – бағыттаушы тоқпақтама биіктігі; φ₀ – h_б, саңылау мөлшеріне λ, эксцентриситетке е, түйіспелі серпімді деформацияға қатысты тоқпақтаманың айналу бұрышы.

(3.11)

Жүктемелердің қосылу эксцентритеті және бағыттаушылардың саңылау мөлшері өскен сайын соташықтағы ию кернеуі де өседі. Қалыптау тоқпақтары үшін m = 630÷3150 кг үлкен емес және орташа тоқпақтар үшін (0,20–0,35) және ірі тоқпақтар (0,40–0,50) үшін ГОСТ 8662—99 бойынша ұсынылғаннан аз, 0,07—0,1 мм аралығындағы саңылау ұсынылады. ГОСТ 6724—97 бойынша барлық соққы тоқпақтамалары үшін саңылау 0,25–0,375 мм. Ең үлкен эксцентрикті соққы массасының (тоқпақтаманың) жарты енінен аспауы керек.

Тоқпақтама. Конус бетіндегі жанама қысымды жуықтап келесі формуламен анықтауға болады

, (3.12)

мұндағы: f_ш,d_ш – соташықтың қима ауданы және диаметрі; f_k, h_k – соташықтың кесілген конус бетінің ауданы және биіктігі; /q/ – төлке материалы үшін рұқсат етілген жанама қысым.

Ұсынылатын әдебиеттер Нег.1[392–400].

Бақылау сұрақтары.

1. Төссіз тоқпақтардың жұмыс жасау принципі;

2. Байланыс механизмінің типіне байланысты төссіз тоқпақтардың классификациясы;

3. Жетек типіне байланысты төссіз тоқпақтардың классификациясы;

4. Соташықтың оңтайлы диаметрі қалай алынады?

5. Тоқпақтың тоқпақтамасы неге есептеледі?

4 Дәріс. Бу–ауалы тоқпақтарды термомеханикалық есептеудің әдістері

Жылу машинасын жобалау, оның термомеханикалық жүйесі энрготасымалдаушысының үнемді үрдісін есептеуді ескереді. Соған байланысты энерго тасымалдаушыны таңдау түсіндіріледі, өйткені оның құрамы есептеуге толығымен әсер етеді.

Дымқыл бу энерго тасымалдаушы ретінде аналитикалық зертеулер үшін өте қолайлы, оның адиабатикалық ұлғаюы мен сығылуы (тоқпақ цилиндріндегі негізгі үрдістер) қарапайым түрдегі теңдеумен жуықтаудың жеткілікті дәрежесімен жазылады:

pV=const. (4.1)

Жылуға есептеу кезінде бу күштік қондырғының толық емес термодинамикалқ циклды қарастырады

Нақты индикаторлық диаграммалар тоқпақтарда сәйксінше аспаптардың көмегімен жазылады [қос.2]. Есептелген индикаторлы диаграмаларды ғалымдардың ұсынған әдістемелері бойынша аналитикалық жолмен алады. Есептелген индикаторлы диаграммалар бірлік уақыт ішінде тоқпақтын жұмыс істеу сапасын анықтауға және соққы энергиясын, құлау бөлігінің жүріс санын тағайындауға мүмкіндік береді. Осы диаграммалардың негізінде бу шығынын және бутарату мен басқару мәрімдерінің сызықтық өлшемдерін есептейді.

Жұмыстық цилиндрдың есептік сұлбасы негізінен қазіргі кездегіден ерекшеленбеген, цилиндрдың (сәйкесінше V′_u және V'_o) сондай ақ өту каналдарының (V"_u и V"_о) немесе косындыларының төменгі мен жоғарғы зиянды кеңістіктердін көлемін ескерген:

V_и=V′_и+V′′_и и V_o=V′_o+V′′_o.

Поршнның тура жүрісі кезінде H_m бу күйінің периодтары мынадан тұрған енгізу, кеңейту–сығу және шығару. Поршенның толық жүрісінің бөлігі ретінде қазіргі кездегі белгілеуін қабылдаймыз:

γH_m және γ′_мH_m — сәйкесінше төменгі және жоғарғы буды енгізу;

βH_m және β′_мH_m— кеңейту–сығу;

(l– γ– β) H_m және (1– γ '– β ') H_m –шығару.

мұндағы: γ, γ', β, β', (1—γ — β), (1— γ '— β′) —сәйкесінше поршн жүріс бөлігінің бөлік коэффициенті.

Төменгі және жоғарғы зиянды кеңістіктердін келтірілген ұзындығы

φ_и H_m = ; (4.2)

φ_о H_m= , (4.3)

мұндағы: F – цилиндрдың жоғарғы қуысының көлденең қимасының толық ауданы; αF – цилиндрдың төменгі қуысының сақиналы бөлігінің ауданы; φ_и, φ_о –сәйкесінше төменгі және жоғарғы зианды кеңістіктін бөлік коэффициенті.

Алғашқы зерттеушілер бу ағысының термокинетикалық әсерін ескермеді және еңгізу–шығару үрдістері тұрақты қысым кезінде жүреді деп қарастырды. Соған байланысты будың индикатор сызықтары, мысалға бірізділік жүріс циклінде поршнның төмен қарай жүрісі кезінде 4.1 суретте көрсетілгендей болған. Поршеннің жоғарғы шеткі жағдайында золотникте жоғарыда болады және цилиндрдың жоғарғы қуысын жаңа бу құбырымен жалғастырып жоғарғы қатар терезе төлкелері ашық болады. Будың сығылуын ескермегендіктен, енгізуді а'b' түзуі құраған, 00 паралель сызығы қысымды өлшеу сызығы. Золотник b' нүктесінде түсе отырып жоғарғы қуысты ашады, осында енген будың адиабатиялық кеңею үрдісі басталады, оның параметрлері pV=const қисығымен с' нүктесіне дейін өзгереді, мұнда золотник әріқарай түсе отырып жоғарғы қуыс пайдаланылған буды шығаратын құбырмен сәйкескеледі. Термокинетиканың әсері ескерілмегендіктен, жоғарғы бу қысымының тез төмендеуін шамаладық р_c' тен p_d′ =p₁ дейін_, ол поршеннің d′ нуктесінен e′ нүктесіне дейін жұрісі кезінде өзгермейді. Бөлік d'e' — бұл шығару емес (поршн әліде төмен қарай жүріп келеді), соған байланысты бұл кезеңді шығарудың бастапқысы деп атайды (еңгізуге де дәл солай). Төмен қарай жүріс кезінде төменгі бу былай жұмыс істейді: е нүктесінен d нүктесіне дейін –шығару, содан кейін төменгі қуыс жабылады да, онда қалған бу құлаушы бөлік қозғалысының кинетикалық энергиясы нәтижесінде адиабатикалық сығылады, сонымен қатар жоғарғы будың ұлғаю энергиясыда әсер етеді. Золотник f нүктесінде төмен түсіп төменгі қуыс жаңа (свежего) бу құбырымен жалғасады да қысым лезде p дейін көтеріледі, bа бастапқы (предварения) еңгізу. Поршенның қозғалыс бағытын өзгерте отырып, жоғары жүріс кезіндегі жоғарғы және төменгі бу үшін индикатор сызықтарын тұрғызуға болады.

Бір қуыс үшін төмен және жоғары жүрістін индикатор сызықтарын біріктіретін болсақ жоғарғы немесе төменгі бу үшін поршеннің екі жүрісінің индикатор диаграммасын алуға болады (жоғарғы бу үшін индикатор диаграммасы 4.1 суреттін он жағында келтірілген).