книги из ГПНТБ / Кожевников С.Н. Гидравлический и пневматический приводы металлургических машин

выделение растворенного в жидкости воздуха и ее паров. При возвратном движении поршня будет иметь место удар.

В тяжелых машинах этот способ торможения не нашел при­ менения прежде всего потому, что процесс торможения, зави­ сящий от сил сопротивления, в этом случае неуправляем; кроме того, время н путь торможения являются случайными функция­ ми сил трения, что во многих случаях не может быть допущено. Поэтому изменение производительности насосной установки или изменение активной площади поршня используются при тормо­ жении только в комбинации с другими способами.

Более гибким и надежным является способ торможения, основанный на изменении сопротивления жидкости на выходе. Обычно при этом используют устройства, позволяющие в ре­ зультате включения в начале торможения специальных гидрав­

или комбинации их) организовать требуемый режим торможе­ ния. Стандартными требованиями, предъявляемыми к тормоз­ ным устройствам, являются либо торможение в пределах задан­ ного отрезка пути, либо ограничение ускорения торможения (например, в подающих аппаратах пнлигримовых установок). В более сложных случаях, как это имеет место, например, в ле­ тучих ножницах для порезки электросварных труб, требуется обеспечить заданные путь торможения и скорость массы в конце торможения.

Необходимость введения гидравлических тормозных уст­

может быть создана за счет дросселирования жидкости на слив­ ной линии тем или иным способом), так и в механизмах с дру­ гим типом привода, например электромагнитным или пневмати­ ческим (длинноходовые цилиндры перемещения упорных под­

гидравлическое сопротивление того или иного типа, регулируе­ мое или нерегулируемое.

При расчете параметров тормозных устройств не имеет зна­ чения, используется ли для целей торможения жидкость на сливной линии гидромеханизма или жидкость автономного ис­ точника питания. Существенное значение имеют лишь закон изменения количества вытесняемой жидкости из тормозной ка­ меры в функции перемещения поршня или плунжера и закон

:240

изменения площади проходного сечения дросселирующего уст­ ройства. Тормозная сила будет зависеть также от того, развет­ вляется ли поток жидкости, вытесняемой через сопротивления из

А A-A

-Л S)

А

Рис. 160

тормозной камеры, или нет, т. е. от того, включаются ли гидрав­ лические сопротивления параллельно или последовательно. По­ этому в дальнейшем при анализе тормозных устройств будут положены в основу лишь указанные зависимости.

В качестве дросселирую­ щих устройств, определяю­ щих перепад давлений и, следовательно, тормозную силу используются: связан­ ное со штоком веретено и диафрагма (рис. 160, а), со­ здающие при перемещении штока переменное проход­ ное сечение, зависящее от перемещения тормозимой массы; тормозная букса, представляющая собой ко­ нус с прямолинейной, лома­ ной или криволинейной об­

разующей и торец плунжера, при перемещении которого форми­ руется переменное проходное сечение (рис. 160, в) для вытесняе­ мой жидкости; щель, площадь проходного сечения которой за­ висит от закона изменения ее ширины и перемещения плунжера, перекрывающего щель (рис. 160, б); дроссель, проходное сече­ ние которого изменяется при помощи клина постоянного или переменного утла подъема, связанного с тормозимой массой (рис. 161). При настройке тормозных устройств часто в сливную линию последовательно включаются еще в качестве дополни­ тельных сопротивлений регулируемые дроссели.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ

равно разности объемов камеры при заданном положении порш­ ня и объема плунжера с веретеном 2. Вытеснение жидкости про­ исходит через дросселирующие внешние для камеры сопротив­ ления 4, 5 и 6. Кроме того, происходит перераспределение жид­ кости между камерами cub, а также между камерами b и а через внутренние гидравлические сопротивления, формируемые дроссельной шайбой и веретеном (при перетекании жидкости из камеры с в камеру Ь) или поверхностями буксы и соответствую­

должно считаться бесконечно большим, если данная камера от­ ключена от сливной линии и вытеснение жидкости из нее проис­ ходит только через внутреннее сопротивление.

В дальнейшем будем полагать, что жидкость несжимаема, поэтому вытесненный ее объем из тормозной камеры в функции перемещения плунжера определяется чисто геометрически. Се-

242

кундный расход Q жидкости из тормозной камеры, объем V которой заполнен жидкостью,

v — скорость тормозимой массы.

Приведенное равенство справедливо как для всей тормозной камеры в целом, так и для отдельных ее частей.

Результирующий объем вытесненной из тормозной камеры жидкости во всех случаях равен Fx, где F— активная площадь, определяемая диаметром поршня. Поэтому переменный объем жидкости в тормозной камере

иметь место внутреннее перетекание жидкости из одного объема в другой через сопротивления. Так, на рис. 162, а показано по­ ложение плунжера, при котором возможно перетекание жид­ кости из камеры с в камеру b через отверстие диафрагмы, пере­ крываемое веретеном, и из камеры b в камеру а — через коль­ цевую щель переменного сечения, образуемую поверхностью буксы и торцом цилиндрической части плунжера. На рис. 162, б показано положение, при котором перетекание жидкости проис­

Для любого профиля веретена можно получить

поэтому полный секундный расход жидкости из камеры с

Qc(x)=-vF(xk).

Переменный объем жидкости в камере b будем полагать равным объему, ограниченному поверхностями буксы и усечен­ ного конуса. Образующей последнего является отрезок нормали к профилю буксы, проведенный через точку на окружности тор­ ца штока. Через боковую поверхность усеченного конуса проис­ ходит истечение жидкости из камеры b (рис. 163).

244

Его минимальное значение определит радиус окружности, касающейся профиля, с центром в подвижном начале координат. Очевидно, прямая, проведенная через найденную точку касания и начало координат, совпадает с направлением нормали.

Дифференцируя выражение (134), найдем

Полученное уравнение позволяет найти направление иско­ мой нормали.

При найденных значениях б* и у\ определены параметры усеченного конуса: радиус большого основания гп + б*, радиус

здесь VB — объем жидкости, вытесненный веретеном; V06 — объем, указанный на рис. 163.

245

Отсюда секундный расход жидкости из камеры b за счет изменения ее объема будет

Q b = V ~ l t = ~~Я ( Г ь ~ Х п t g Р)2 V = ~ V F { Х ) •

Таким образом, секундный расход жидкости из переменного объема жидкости пропорционален переменной площади сечения

иметь место при усеченном веретене и плоском торце плунжера, входящего в буксу.

Во избежание появления мягкого удара активная площадь тормозного элемента должна изменяться от нуля по определен­ ному закону, устанавливаемому на основе динамики [25].

Для случая действия всех сопротивлений в обобщенном тормозном устройстве можно написать условия неразрывности

же перепад давления при сливе равен нулю, то жидкость из ка­ меры свободно вытесняется в резервуар.

Для решения задач динамики необходимо еще написать уравнения, связывающие между собою расходы жидкости и со­ ответствующие перепады давления. Для золотниковых и кла­ панных распределителей, дросселей и диафрагм связь между перепадом давления и расходом жидкости квадратичная.

246

Для проходного сечения, образованного поверхностью буксы и плунжером, гидравлическое сопротивление зависит от режима

Согласно формуле Рейнольдса расход жидкости в любом сечении клиновидного зазора шириною b

причем первое слагаемое определяет количество жидкости, воз­

Остальные уравнения, необходимые для определения пере­ падов давлений и расходов, нетрудно записать. Имеем

247

Полученная система уравнений позволяет выразить искомые величины через неизвестную скорость v движения тормозимой массы. Последняя может быть найдена решением дифферен­ циального уравнения движения массы

включению или выключению какого-либо из элементов обобщен­ ной системы.

Анализ полученной системы уравнений возможен только при­ ближенный численный, на электронных моделирующих установ­ ках пли ВЦМ.

РАСЧЕТ ТОРМОЗНОГО УСТРОЙСТВА С БУКСОЙ

Гидравлические тормозные устройства с буксой используют­ ся главным образом в пнльгерных установках для остановки плунжера с прокатываемой заготовкой в положении, соответ­ ствующем ее захвату валками. Профиль (образующая) тормоз­ ной буксы очерчивается, как правило, двумя прямыми с раз­ личными углами наклона.

Работа подающих аппаратов различных типов описана ранее, поэтому рассмотрим лишь процесс торможения. Для ре­ шения задачи динамики в момент входа плунжера в буксу должны быть найдены предварительным решением уравнения движения пневматического механизма, значения скорости плун­

тормозимой массы или для отыскания закона движения ее при заданном профиле буксы. Обе задачи имеют практическое зна-

248

чение. Действительно, если профиль буксы установлен для выбранного режима работы стана (размер трубы, число ходов подающего аппарата), то время и путь торможения для другого режима изменяются. Поэтому для контроля они должны быть

какой-либо из производных пути по времени. Из условий дина­ мики чаще всего необходимо задавать закон изменения уско­

В выражении для f(x) время t и скорость v исключаются при помощи соотношений (137) и (138). f(x) и ее производная по хп — известные функции перемещения плунжера для выбран­ ного режима.

249