е р и я в н у т р и в у з о в с к и х СибАДИм е т о д и ч е с к и х у к а з а н и й С и б А Д И
Мин стерство науки высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
« ибирск й государственный автомо ильно-дорожный университет (СибАДИ)» Кафедра «Эксплуатац я серв с транспортно-технологических машин и комплексов в строительстве»
ПРОЕКТИРОВ НИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ТО Р ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
Методические указания к лабораторным работам
Составитель К.В. Беляев
Омск ▪ 2018
УДК 665.637.88 ББК 39.184.892 П80
Согласно 436-ФЗ от 29.12.2010 «О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию» данная продукция маркировке не подлежит
Рецензент
канд. техн. наук, доц. С.А. Милюшенко (СибАДИ)
СибАДИ |
||
Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве |
||
методическ х указан й. |
|
|
П80 Проект рован е |
оборудования |
для ТО и Р транспортно- |
технолог ческ х маш н |
[Электронный |
ресурс] : методические указания |
к лабораторным ра отам/ сост. К.В. Беляев. |
–(Серия внутривузовских методических |
|
указаний бАДИ). – Электрон. дан. − Омск : СибАДИ, 2018. − URL: http:// bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.
Предназначены для ла ораторных работ по курсам «Основы проектирования оборудован я для ТО ремонта ТТМиК», «Типаж и эксплуатация технологического оборудования» для о учающихся всех форм обучения по направлениям «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», «Наземные транспортно-технологические комплексы», и специальности «Наземные транспортно-технологические средства».
Содержат основные требования к проектированию новых устройств. Описывают устройство и методики расчётов электромеханических и гидравлических подъёмников, применяемых для технического обслуживания и ремонта транспортно-технологических машин.
Имеют интерактивное оглавление в виде закладок.
Подготовлены на кафедре «Эксплуатация и сервис транспортнотехнологических машин комплексов в строительстве»
Текстовое издание (660 КБ)
Системные требования: Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7; DVD-ROM;
1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов:
Abobe Acrobat Reader; Google Chrome
Техническая подготовка В.С. Черкашина Издание первое. Дата подписания к использованию 01.11.2018
Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая 1
© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018
ВВЕДЕНИЕ
Технологическое оборудование (совокупность приспособлений, инструментов, оснастки и приборов), используемое в процессе технических воздействий в значительной мере определяет совершенство технологических процессов технического обслуживания (ТО) и
ремонта транспортно-технологических машин.
СибАДИтранспортно-технологических машин.
Например, повышение уровня механизации зон, цехов и участков предпр ят я, обслуживающего транспортно-технологичес- кие маш ны л шь на 1% позволяет увеличить продолжительность их работы в среднем на 3…5 дней в году за счет сокращения времени
простоя в ТО |
ремонте [7]. |
Однако в целом, по стране потребность в технологическом |
|
оборудован |
для ТО и ремонта машин удовлетворяется не более |
чем на 25%.
Основной пр ч ной низкой оснащенности предприятий технологическ м оборудованием является недостаточный объем его производства. Положение усугу ляется недостаточной номенклатурой выпускаемого о орудования и высокой стоимостью оборудова-
ния, выпускаемого зару ежными фирмами [8].
Поэтому инженеру, специализирующемуся в области технической эксплуатации машин, необходимы знания расчета и проектирования оборудования для ТО и текущего ремонта (ТР)
Целью методических указаний является оказание помощи студентам в расширении углублении знаний и приемов разработки технологического оборудования в процессе выполнения лабораторных работ .
3
Лабораторная работа №1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТРУЙНОЙ МОЕЧНОЙ МАШИНЫ
Цель работы:
• изучить устройство струйной моечной машины; |
||
СибАДИ |
||
• приобрести практические навыки расчета основных параметров |
||
струйной моечной маш ны. |
||
|
1.1 Основные положения проектирования |
|
|
|
струйной моечной машины |
|
Качественная оч стка ра очих поверхностей деталей, сбороч- |
|
ных |
ед н ц |
агрегатов является начальным этапом ремонтно- |
обслуж вающего воздействия. Она существенно влияет на качествен- |
||
ное выполнен е остальных технологических процессов технического |
||
обслуж ван я |
ремонта машин, во многом обеспечивает надежность |
|
техники в процессе последующей эксплуатации. |
||
|
По назначению моечно-очистное оборудование классифициру- |
|
ется [1]: |
|
|
|
наружной мойки; |
|
|
очистки подразобранных объектов; |
|
|
очистки деталей. |
|
|
По принципу действия конструкции моечно-очистное обору- |
|
дование различают: |
||
|
мониторные моечные установки; |
|
|
струйные моечные установки; погружные (обычные и специаль- |
|
|
ные) моечные установки; |
|
|
комбинированные моечные установки; |
|
|
циркуляционные моечные установки. |
|
|
Для всех типов оборудования могут быть регламентированы: |
|
производительность; объем рабочей зоны; энергонасыщенность; допустимые уровни остаточной загрязненности; условия использования очищающих сред; отдельные требования компоновки.
К основным параметрам струйных моечных машин относят:
производительность ( т/ч, м2/ ч, шт/ч);
объем рабочей зоны, м3;
размеры очищаемых объектов;
4
расход воды, м3/час;
потребляемая мощность, Вт;
размер транспортного проема;
способ загрузки.
Моечная камера, где размещается система гидрантов, должна
хорошо изолировать помещение от теплового воздействия моющего раствора и его паров.
СибАДИгде – коэффициент скорости, зависящий от формы отверстия типа
Моечное оборудование струйного типа имеет низкую надежность (частое засорен е сопел 60% за неделю), износ гидрантов, в ре-
зультате чего зменяются гидравлические параметры струи.
Пр рода удален я загрязнения с помощью струй заключается в механ ческом разрушении слоя загрязнений, его адгезионных связей с очищаемой поверхности за счет удара движущейся жидкости о пре-
граду.
Загрязнен я удаляются струей с очищаемой поверхности в том случае, если с ла удара Px , Н, превышает силы сцепления загрязне-
ний с поверхностью Fм, Н [4] |
|
Px ≥ Fм . |
(1.1) |
Форма насадка (эллипс или конус) и гидродинамическая мощ- |
|
ность струи, кВт,) характеризуют мониторные моечные установки: |
|
Nм=Qp, |
(1.2) |
где Q – расход жидкости, л/с; p – давление жидкости, МПа. |
|
Сила удара (гидродинамическое давление), на расстоянии x от |
|
насадка [3] |
|
Px= x wx Vxsin , |
(1.3) |
где x – плотность жидкости в аэрированной струе на расстоянии x от |
|
насадки, кг/м3; wx – сечение набегающей струи, м2; |
Vx – средняя ско- |
рость жидкости при встрече с очищаемой поверхностью, м/с; – угол |
|
встречи струи с очищаемой поверхностью, =0…60 (рис. 1.1).
Начальная скорость потока в струе по уравнению Бернулли: |
|
Vx 2gH H , |
(1.4) |
насадка (таблица 1.1); НH – давление в насадке, МПа.
Для предварительных расчетов в первом приближении можно принять Vx = VН при расположении очищаемой поверхности от среза насадка до 20d (d – диаметр насадка).
5
СибАДИ |
||||
Рис.1.1. Основные характеристики струи: |
|
|||
1 – насадок; 2 – струя; 3 – поверхность; 2 – зона действия нормальных сил; |
||||
R – зона эффектной мойки; hg – глубина потока в зоне растекания |
|
|||
Расход жидкости через насадки (подача насосов) определяется |
||||
соотношением [4]: |
dn2 |
|
|
|
Q fnwn 2gHi fn |
2gHi , |
(1.5) |
||
4 |
||||
где f – коэффициент запаса, f =1,1-1,3; wn – площадь живого сечения |
||||
насадка, м2; dn – диаметр насадка, м; n – число насадков, n=13…250; |
||||
– коэффициент расхода (таблица 1.2), |
=0,4…0,99. |
|
||
В общем случае расход через насадок |
|
|
||
Q0= wx Vx , |
|
(1.6) |
||
где x – площадь сечения струи, м2 . |
|
|
|
|
Средняя плотность жидкости Н, изменяется в соответствии с |
||||
зависимостью [3]: |
|
|
|
|
Н=k x, |
|
|
(1.7) |
|
где x – плотность на расстоянии x от насадка; k – коэффициент аэрации, зависящий от соотношения x/dn (таблица 1.3).
6
|
|
|
Характеристика насадков |
Таблица 1.1 |
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Профиль |
Коэффициент |
Коэффициент |
|
|
№ |
Тип насадка |
продольного |
|
||
|
расхода μ |
скорости φ |
|
|||
|
|
|
сечения |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
СибАДИ |
|
|||||
1 |
Цилиндрический |
|
0,820 |
0,820 |
|
|
|
|
Кон ческ й, |
|
0,940 |
0,963 |
|
2 |
сходящ йся под |
|
|
|||
|
|
углом 13°24′ |
|
|
|
|
3 |
Коно дальный |
|
0,980 |
0,980 |
|
|
|
|
Кон ческ й, рас- |
|
|
|
|
4 |
ходящ йся под уг- |
|
0,450 |
0,775 |
|
|
|
|
лом 5…7° |
|
|
|
|
5 |
Сложный |
|
0,830 |
0,870 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для насадков с dn =3…10 мм значение x/dn подчиняется эмпи-
рической зависимости [1]: |
|
|||
|
|
x/ dn =278,5 – 2,1 10-4Re, |
(1.8) |
|
где Re |
2gH H dn |
– число Рейнольдса; – кинематическая вяз- |
||
|
||||
|
|
|
||
кость воды, м2/с. |
|
|
||
В первом приближении, когда задается расстояние от насадка и |
||||
известно давление перед насадком, его коэффициент расхода |
гео- |
|||
метрические размеры, можно оценить силу удара струи при встрече с поверхностью.
Из формулы 1.6 следует, что выгоднее иметь насадок малого диаметра, так как если при неизменном расходе площадь сечения насадка уменьшить в n раз, во столько же раз возрастет Vx, а гидродинамическое давление Px увеличится в n2 раз.
7
Однако диаметр насадков на практике выполняют в пределах
3,5...8 10-3 м, так как при меньшем диаметре насадки быстро засоряются. Кроме того, тонкая струя обладает малой устойчивостью при полете в воздухе и быстро распадается.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2 |
|
СибАДИную силу [4]. Выделяют четыре участка течения струи (рис.1.2): |
||||||||
|
|
Значения коэффициента k в зависимости от расстояния x от насадка |
||||||
|
|
|
x, мм |
|
k |
|
|
|
|
|
100 |
|
0,97 |
|
|
||
|
|
200 |
|
0,65 |
|
|
||
|
|
500 |
|
0,52 |
|
|
||
|
|
1000 |
|
0,4 |
|
|
||
|
|
|
Ф з ческие характеристики загрязнений |
Таблица 1.3 |
||||
|
№ |
|
На менование загрязнения |
|
|
Адгезия, Н/м2 |
|
|
|
1 |
|
Пыле-грязевые |
|
|
0,05–0,2 |
|
|
|
2 |
|
Остатки перевоз мых грузов |
|
|
- |
|
|
|
3 |
|
Остатки масел двигателей |
|
|
0,5–3 |
|
|
|
4 |
|
Остатки трансмиссионных масел |
|
|
0,1–1 |
|
|
|
5 |
|
Остатки пластичных смазок и консервационных мате- |
|
0,5–2 |
|
||
|
|
|
риалов |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
Масло-грязевые |
|
|
0,1–1,5 |
|
|
|
7 |
|
Асфальтосмолистые |
|
|
3–60 |
|
|
|
8 |
|
Нагар |
|
|
5–70 |
|
|
|
9 |
|
Накипь |
|
|
100–200 |
|
|
|
10 |
|
Лакокрасочные покрытия |
|
|
50–300 |
|
|
Лучшая форма насадков – коноидальная. Но из-за сложности их изготовления чаще используют конические или цилиндрические насадки.
Струя в воздушной среде постепенно теряет структуру удар-
I - компактный, длина его равна примерно 5dn. Скорость жидкости примерно равна скорости в насадке.
II - участок перехода длиной до 100 dn. Здесь начинается торможение струи за счет трения воды о воздух. Скорость воды в центре струи примерно равна скорости в насадке. Диаметр поперечного сечения струи на расстоянии 100 dn составляет примерно 5 dn.
8
III - участок установившегося потока. Здесь происходит расширение струи и ее аэрация. Длина участка 100...450 dn, а угол при вер-
шине расширяющегося конуса струи составляет около 10 .
IV – участок разрушения струи. Скорость струи падает до 0,3...0,5 м/с и она распадается.
СибАДИТаким образом, при известном давлении НH, определив x ско- |
||||
|
|
Рис.1.2. Схема свободного истечения струи |
|
|
Третий участок струи является рабочим в струйных и струйно- |
||||
щеточных установках. |
|
|
||
Коэффициент аэрации |
k=Fx/FH, |
(1.9) |
||
где Fx – площадь сечения струи в момент соприкосновения ее с омы- |
||||
ваемой поверхностью, м2; FH= d2Н /4 – площадь отверстия насадка, |
||||
м2. |
|
|
|
|
Величина Fx |
представляет собой площадь основания усеченного |
|||
конуса |
струи на |
III участке |
(рис.1.3). иаметр основания |
конуса |
|
|
. Если |
, то после преобразований |
|
рость |
Vx , можно рассчитать гидродинамическое давление Px |
и про- |
||
верить условие (1.1), необходимое для удаления загрязнений. |
|
|||
Можно решить и обратную задачу: задавшись условием (1.1) |
||||
рассчитать величину необходимого давления PН. Однако при этом следует иметь в виду, что для определения давления воды, требуемого для качественной мойки, необходимо учитывать особенности про-
9
цесса растекания струи по поверхности (рис.1.4). Заключается эта особенность в том, что в месте удара об омываемую поверхность струя движется по некоторой кривой поверхности, так как перед плоскостью остается определенный, практически неподвижный объем жидкости коноидальной формы. Не принимая участия в общем движении остальной струи, частицы жидкости в коноидальном объеме находятся в сравнительно медленном водоворотном движении. Коноидальный объем является своеобразной прокладкой между движущейся струей загрязненной поверхностью. В месте удара струя изменяет направлен е , следовательно, неизбежно происходит потеря скорости.
При дальнейшем движении по плоскости водяной поток перемещается с меньшей скоростью и не прямо по поверхности, а по пограничному слою, который представляет собой тончайший, почти неподвижный слой воды, наличие которого обусловлено вязкостью воды и с лами вза модействия между молекулами воды и поверхностью.
Этот погран чный слой, как и коноидальный объем, является “мертвым” пространством и не оказывает моющего воздействия. Поэтому частицы загрязнений, которые имеют размеры меньше толщины пограничного слоя, почти не смываются и остаются на поверхности в виде матового серого налета.
Таким образом, качественная мойка на струйных установках должна обеспечивать минимальную толщину пограничного слоя, по крайней мере не большую, чем средняя величина частиц загрязнений.
Ориентировочно, толщина пограничного слоя, м, [4] |
|
|
X |
|
|
S 0,346 196gP |
, |
(1.10) |
где – кинематическая вязкость воды, м2 /с (при t = 20 , |
= 1·10-6 |
|
м2/с). |
|
|
Мощность на привод насоса, кВт |
|
|
6 |
|
|
СибАQP10 ДИ |
||
N 102 H ý g , |
|
(1.11) |
где Н – К.П.Д. насоса; э – К.П.Д. электродвигателя, э =0,90,...,0,92. Насос, во избежание появления кавитации, лучше устанавливать как можно ниже по отношению к уровню воды в заборном колодце.
Если высота насоса над уровнем воды более 3 м, необходимо производить дополнительный расчет на возможность кавитации.
10
СибАДИР с.1.3. К расчету площади основания моющей струи Рис.1.4. Схема растекания струи вблизи омываемой поверхности:
I –струя; 2 – коноидальный объем; 3 – пограничный слой;
4 – омываемая поверхность; S – толщина пограничного слоя
11