2 Описание конструкции и принципа работы машины 253м. Определение характера воздухораспределения

Встряхивающая формовочная машина модели 253М с подпрессовкой и поворотной плитой конструкции НИИЛИТМАШа предназна­чена для формовки нижних опок среднего размера.

1 – стойка левая; 2 – колонка управления; 3 – стойка правая; 4 – стол поворотный; 5 – уплотняющий механизм; 6 – цилиндр поворотного стола; 7 – зажимы; 8 – скребок; 9 – станина

Рисунок 2 Формовочная машина модели 253М

Опока для формовки устанавливается на модельную плиту, укреп­ленную на поворотном столе 4 (Рисунок 2) машины. Стол механизма уплотнения 5 поднимается, принимает на себя поворотный стол 4 с опокой и производит их встряхивание. После встряхивания стол механизма 5 опускается, скребок 8, приводимый в действие пневма­тическим цилиндром, сгребает излишек смеси с верха полуформы, оставляя слой смеси на подпрессовку. На поверхность смеси накла­дывается подопочный щиток, и опока вместе со щитком закрепляются на поворотном столе пневматическими зажимами 7. Поворотная плита далее перевертывается на цапфах цилиндром поворота 6 на 180°. Стол механизма уплотнения 5 поднимается и производит до-прессовку смеси, дожимая щиток до опоки. В это время зажимы освобождают полуформу, и при обратном движении стола меха­низма 5 она опускается вместе с ним на подопочном щитке. При этом производится вытяжка модели из полуформы. Для облегчения вы­тяжки на столе 4 установлены пневматические вибраторы. Полу­форма укладывается на приемный рольганг, с которого она на щитке сталкивается на цеховой рольганг для сборки. Механизм уплотне­ния 5 укреплен в станине 9 машины. По краям станины смонтированы две стойки: правая 1 и левая 3, в головках которых расположены призмы поворотной плиты.

3 Расчет основных параметров машины применительно к встряхивающему механизму уплотнения и построение индикаторной диаграммы встряхивающего механизма

Исходные данные:

Размер опоки в свету А₀ ×В₀×Н₀=600 × 500 × 250 , мм.

Давление воздуха в магистральной сети Р₀=580 кПа.

Грузоподъемность G= 400 кг или Q=3,92кН.

Методика расчета:

Сила трения, возникающая при перемещении встряхивающего поршня:

R=0,25 ×Q, кН (3.1)

где Q – грузоподъемность, кН;

R=0,25 ×3,92 =0,98 кН.

,м² (3.2)

где F_n – площадь встряхивающего поршня, м² ;

α – коэффициент, учитывающий возможные протечки воздуха.

α = 1,05 – 1,1. Выбираем α=1,05.

Q – вес поднимаемых при встряхивании частей машины, включая полезную нагрузку, кН;

R – сила трения, кН;

Индикаторная диаграмма встряхивающего цилиндра при наличии отсечки воздуха отличается от диаграммы механизма без отсечки воздуха, в основном, тем, что она имеет на линии хода вверх дополнительный участок расширения воздуха в замкнутом цилиндре, а на линии хода вниз – соответствующий участок сжатия воздуха. На этих участках как впускное, так и выхлопное отверстия закрыты. Изменение состояния воздуха на этих участках может быть принято адиабатическим.

Индикаторная диаграмма строится по практическим данным.

Основные практические параметры находятся в следующих пределах:

высота встряхивания (ход поршня)

S=0,06 – 0,08, м (3.3)

Выбираем S=0,08м;

ход наполнения

S_e = 0,5 ×S, м (3.4)

где S – высота встряхивания (ход поршня), м;

S_e = 0,5 ×0,08=0,04 м;

ход расширения

S_r = 0,3 ×S_e , м (3.5)

где S_e – ход наполнения, м;

S_r = 0,3 ×0,04 =0,012, м

S_r – ход расширения, м;

S_i =0,7 ×S_e , м (3.6)

где S_e – ход наполнения, м;

S_i =0,7 ×0,04=0,028, м

приведенная высота вредного пространства

S₀=0,8 ×S, м (3.7)

где S – высота встряхивания (ход поршня), м;

S₀=0,8 ×0,08=0,064, м.

Точка1 соответствует началу движения поршня вверх при пуске встряхивающего механизма.

Давление воздуха на поршень должно преодолеть вес поднимаемых частей машины с полезной нагрузкой Q и силу трения R поршня о стенки цилиндра.

(3.8)

где F_п – площадь встряхивающего поршня, м²;

Q – вес поднимаемых при встряхивании частей машины, включая

полезную нагрузку, кН;

R – сила трения, кН;

Ордината точки 1 диаграммы

,м (3.9)

где S – высота встряхивания (ход поршня), м;

.

Точка 2 соответствует моменту закрытия впускного отверстия, при этом выхлопное отверстие остается закрытым.

P₂=P₁+(50 – 100)≤P₀, кПа (3.10)

где Р₁ – давление воздуха на поршень в точке 1, кПа;

Р₀ – давление воздуха в магистральной сети , кПа;

P₂=557,9+80=637,9, кПа.

Ордината точки 2 диаграммы

S₂=S₀+S_e , м (3.11)

где S₀ – приведенная высота вредного пространства, м;

S_e – ход наполнения, м;

S₂=0,064+0,04=0,104 м.

Точка 3 соответствует моменту открытия выхлопного отверстия. На участке 2-3 происходит расширение воздуха в замкнутом объеме. Давление воздуха в точке 3 :

(3.12)

где Р₂ – давление воздуха на поршень в точке 2, кПа;

k – показатель адиабаты, k=1,41;

Ордината точки 3 диаграммы

,м (3.13)

где S₀ – приведенная высота вредного пространства, м;

S_e – ход наполнения, м;

S_r – ход расширения, м;

S₃=0,064+0,04+0,012=0,116, м.

Точка 4 . От точки 3 до точки 4 поршень движется по инерции. В точке 4, израсходовав весь запас израсходованной энергии, поршень останавливается и начинает двигаться вниз.

Ввиду того, что в машинах с отсечкой приток сжатого воздуха из сети в цилиндр во время выхлопа прекращен, избыточное давление в верхнем положении поршня меньше, чем в машинах без отсечки, и составляет 10 – 30 кПа.

P₄=100+(10 – 30),кПа (3.14)

P₄=100+20=120, кПа

Ордината точки 4 диаграммы

S₄=S₀+S_e+S_r+S_i, м (3.15)

S₄=0,064+0,04+0,012+0,028=0,144, м

Точка 5 соответствует моменту закрытия выхлопного отверстия при движении поршня вниз. Избыточное давление в конце выхлопа не превышает обычно 10–15 кПа. Следовательно,

P₅=100+(10 – 15), кПа (3.16)

P₅=100+10=110, кПа

Ордината точки 5 диаграммы

S₅=S₃=0,116 м (3.17)

S₃=0,116 м

Точка 6. На участке 5-6 происходит сжатие воздуха в цилиндре:

,кПа (3.18)

где Р₅ – давление воздуха на поршень в точке 5, кПа;

k – показатель адиабаты, k=1,41;

Ордината точки 6 диаграммы

S₆=S₀+S_e , м (3.19)

S₀ – приведенная высота вредного пространства, м;

S₆=0,064+0,04=0,104, м.

В точке 6 открывается впускное отверстие, и цилиндр начинает наполнятся сжатым воздухом. На участке 6-1 диаграммы давление под поршнем растет за счет избыточного давления воздуха в сети и сжатия воздуха под поршнем. В точке 1 происходит удар стола машины о фланец цилиндра и уплотнение смеси, затем цикл движения поршня повторяется.

Анализ индикаторной диаграммы

На индикаторной диаграмме проводятся линии, соответствующие линиям избыточного давления, и.

Удельная работа удара, отнесенная к единице площади поршня (кДж/м²), представляет разность площадей

e=n_л×(e-h-b-c-e)-n_л×(4-5-6-1-c-b-4)=n_л×(k-h-4-5-6-k)-n_л×(e-1-k-e)=F_лев-F_прав (3.20)

где F_лев – площадь выраженная на диаграмме работой сил трения, Дж/м²;

F_прав – площадь выраженная на диаграмме работой, прессования Дж/м;

e = 13300-400=12900, Дж/м².

Удельная работа удара, отнесенная к единице веса падающих частей,

,кДж/Н (3.21)

где e – удельная работа удара, кДж/м²;

F_n – площадь встряхивающего поршня, м²;

Q – вес поднимаемых при встряхивании частей машины, включая

полезную нагрузку, кН;

, Дж/Н.

Удельная работа отражения стола после удара, отнесенная к единице площади поршня, выражается разностью площадей

e^’=n_л(1-3-4-b-c-1)-n_л(1-2-3-4-b-c-1)=n_л(3-a-4-3)-n_л(1-2-3-1)=f_лев-f_прав (3.22)

где f_лев – площадь выраженная на диаграмме 3-а-4-3, Дж/м²;

f_прав – площадь выраженная на диаграмме 1-2-3-1, Дж/м²;

e’= 7010-2380=4630 Дж/м².

Удельная энергия, отнесенная к единице веса, составит

, кДж/Н (3.23)

где e’ – удельная работа отражения стола после удара, кДж/м²;

F_n – площадь встряхивающего поршня, м²;

Q – вес поднимаемых при встряхивании частей машины, включая

полезную нагрузку, кН;

, кДж/Н.

Коэффициент использования потенциальной энергии встряхивающего стола

(3.24)

где е₀ – удельная работа удара, кДж/Н;

Расход сжатого воздуха за один удар встряхивания определяется как разность между количеством воздуха в цилиндре до начала выхлопа (точка 3) и количеством воздуха концу выхлопа (точка 5) в пересчете на свободный воздух.

,(3.25)

где Р₃ – давление воздуха на поршень в точке 3, кПа;

Р₅ – давление воздуха на поршень в точке 5, кПа;

.

Производительность 1 м³ израсходованного воздуха

, (3.26)

где F_n – площадь встряхивающего поршня, м²;

e – удельная работа удара, кДж/м²;

V – расход сжатого воздуха на один удар встряхивания, м³;

.

Площадь сечения впускных и выпускных отверстий определяется объемом и скоростью проходящего через нихвоздуха

(3.27)

где V_1-2 - объем воздуха на пути наполнения S_e ,м³;

–скорость прохода воздуха через впускное отверстие, принимается в пределах =15 – 25м/с, принимаем=20м/с;;

время впуска ,с;

(3.28)

где F_n – площадь встряхивающего поршня, м²;

Р₁ – давление воздуха на поршень в точке 1, кПа;

Р₂ – давление воздуха на поршень в точке 2, кПа;

Р₀ – давление воздуха в магистральной сети , кПа;

F₀ – площадь выхлопного отверстия, м²;

, с (3.29)

где – средняя скорость подъема поршня, принимается в пределах

0,5 – 0,6м/с; =0,5, м/с

, с.

Тогда .

Сечение выпускного отверстия подсчитывается так же, как и впускного,

, (3.30)

где V_3-5 – расход сжатого воздуха на один удар встряхивания, м³;

- принимается в пределах 10 – 20 м/с; =15м/с;

-время выпуска ,

Тогда .

Динамический расчет встряхивающего поршня.

При ударе встряхивающего стола поршень стремиться оторваться от него в опасном сечении mn.

Максимальное напряжение в опасном сечении

, откуда

(3.31)

где F_mn(min) – площадь опасного сечения поршня, м²;

Q_порш – все части поршня ниже опасного сечения, кН;

Е – модуль упругости материала поршня (для стали Е=2,2∙10⁸кН/м²);

σ_max – максимальное напряжение растяжения в сечении mn (для чугуна

σ_max=24000 – 40000 кН/м², для стали σ_max = 35000 – 60000кН/м²);

L – длина от нижней кромки до опасного сечения, м.