ЛЕКЦИЯ-ОБОР / Приводы лит. машин / Введение

ПЛМ. Введение 8

ВВЕДЕНИЕ

Привод- это комплекс устройств, сообщающих движение рабочим органам технологических, транспортных, вспомогательных и других машин и механизмов. Привод – составная часть машины; от выбора типа, конструкции и параметров привода во многом зависят качество выполняемого процесса, производительность и экономичность литейной машины.

Основу привода составляют исполнительные, распределительные и управляющие устройства.

Исполнительные устройства или двигатели преобразуют подводимую энергию в механическую энергию, обеспечивая необходимые параметры движения рабочих органов машины, выполняющих технологическую операцию.

Распределительные устройства предназначены для передачи энергии от источников к исполнительным устройствам.

Управляющие устройства обеспечивают заданную последовательность перемещения рабочих органов машины в соответствии с требуемым законом их движения.

Некоторые типы приводов включают промежуточные механизмы, которые видоизменяют закон движения исполнительных устройств, приближая его к необходимому закону движения рабочих органов. В большинстве электро- и пневмоприводов энергия, подводимая к двигателю от центральных трансформаторных и компрессорных станций, преобразуется в механическую энергию, передаваемую через промежуточные механизмы (или непосредственно) рабочим органам машины. Для гидропривода характерно многократное преобразование энергии в системе электродвигатель – насос – гидродвигатель, которая представляет собой индивидуальный привод машины.

Каждый из перечисленных типов приводов обладает характерными особенностями, определяющими выбор привода для конкретной машины.

В литейном производстве используются все типы приводов. Наиболее широко для технологического оборудования применялся и применяется пневмопривод, что объясняется простотой его конструкции и эксплуатации по сравнению с приводами других типов.

Пневмоприводы устанавливают на формовочные машины, различный ручной инструмент, подъемники, толкатели и другие вспомогательные механизмы.

По мере совершенствования литейных машин (увеличения развиваемых ими усилий и расширения диапазона регулирования скоростей), а также создания принципиально новых конструкций машин, стали использовать гидропривод, который не только в ряде случаев заменяет пневматический, но и расширяет возможности механизации и автоматизации производства.

Не так давно литейщики осторожно относились к гидроприводу. Во-первых, он намного дороже пневматического; во-вторых, он требует тщательного изготовления и высокой культуры эксплуатации. Кроме того, при проектировании первых гидравлических машин не всегда в полной мере учитывались особенности и возможности этого прогрессивного привода. В результате его энергетические и экономические характеристики были низкими. Совершенствование конструкций гидроприводов и опыт эксплуатации непрерывно расширяют область их применения. Например, в литейных цехах Заволжского моторного завода успешно работают гидравлические машины литья, под давлением и в кокиль различной мощности и степени автоматизации. Полностью гидрофицированные автоматические формовочные линии работают на многих заводах страны. В то же время это не означает, что гидропривод полностью заменит пневмопривод.

Происходит непрерывное совершенствование и пневмопривода, что позволяет при максимальном использовании его особенностей создавать надежные и высокопроизводительные автоматические формовочные и стержневые машины, а также многие машины-автоматы для специальных видов литья. Полностью пневматические автоматические линии конструкции НИИТракторосельхозмаша успешно работают во многих литейных цехах. Наконец, пневматические устройства остаются незаменимым средством механизации и автоматизации процессов изготовления форм встряхиванием, пескодувным способом, литья под низким давлением. Без сжатого воздуха нельзя обойтись в системах пневмотранспорта, в машинах с повышенной пожароопасностью.

Если пневмо- и гидроприводы, в основном, используются в машинах для осуществления прямолинейных возвратно-поступательных движений рабочих органов, то электропривод – для вращательного движения рабочих органов. Электропривод широко применяют в пескометах, системах приготовления и транспортировки формовочных материалов, а также почти во всех машинах непрерывного действия, например в машинах непрерывного литья, очистных машинах, установках литья по выплавляемым моделям, смесителях и т. п.

Первые опыты по перемещению жидкого металла при непосредственном воздействии на него электромагнитного поля свидетельствуют о возможной перспективе широкого использования электромагнитного привода в заливочных машинах и системах транспортировки расплавленных металлов. Некоторые свойства электромагнитного привода способствуют применению его в прессовых формовочных машинах.

Выбор рационального типа привода для конкретной литейной машины определяется следующими основными факторами: ее производительностью, силовым и скоростным режимами рабочего органа, экономичностью и надежностью.

Производительность машин дискретного действия, какими является большинство литейных машин, определяется циклом их работы, состоящим из отдельных интервалов времени рабочих и холостых ходов механизмов. Это означает, что для обеспечения заданной производительности привод машины должен работать с такой скоростью, чтобы операция была выполнена за интервал времени, отведенный для нее по циклограмме.

Силовой режим машины характеризует изменение технологически необходимого усилия Р при прямолинейном движении или момента М при вращении в течение времени t.

Скоростной режим показывает изменение скорости прямолинейного движения или скорости вращения в течение времени t.

В ряде случаев эти зависимости даются соответственно по ходу s рабочего органа или углу его поворота.

Силовой и скоростной режимы определяют качество выполнения операции. Отклонения от них могут привести к браку или к невыполнению операции, если привод не разовьет необходи­мого усилия или момента.

Литейные машины различных технологических назначений имеют различные режимы работы. Например, метательные головки дробеметных машин, устройства непрерывного транспорта, воздуходувки, питатели и многие другие машины непрерывного действия имеют постоянный по времени и пути силовой режим (кривая 1, рис. 1, а). Постепенное повышение усилия в ходе процесса (кривая 2) характерно для прессовых формовочных машин.

Для сборки форм на машинах литья под давлением или ко­кильных машинах требуются небольшие усилия, однако усилие запирания формы должно быть значительным. График Р = f(s) представлен на рис. 1, б; для этих же машин график Р = f(t) имеет несколько иной характер. После сближения полуформы должны быть сжаты необходимым «запирающим» усилием в течение определенного времени.

Для кантователей и поворотных устройств с центром тяжести, смещенным относительно оси поворота, характерна знакопеременная нагрузка (рис. 1, в).

Н аиболее простой постоянный скоростной режим имеют машины непрерывного действия и устройства непрерывного транспорта (рис. 1, г). У многих других литейных машин скорость перемещения рабочих органов изменяется по ходу процесса. Например, толкатель, транспортирующий незалитые формы, должен иметь небольшую скорость перед соприкосновением с формой (участок 1 на рис. 1, д), быстро перемещать ее (участок 2) и плавно тормозиться в конце хода (участок 3). Подобный скоростной режим характерен и для центробежных машин. В них процесс заполнения изложницы расплавом происходит при пониженной скорости.

Рис. 1. График силовых и скоростных режимов работы

литейных машин

Сложный скоростной режим имеет заливочная установка с секторным ковшом (рис. 1, в). В начале процесса требуется большая скорость поворота ковша, чтобы обеспечить быстрое заполнение литниковой системы металлом (участок 1). Скорость несколько снижается (участок 2) при заполнении металлом полости формы и резко уменьшается (участок 3) перед окончанием заливки, чтобы не допустить гидравлического удара. Для «о­сечки» струи ковш возвращается в исходное положение (участок 4).

Таким образом, при выборе типа привода и его структуры необходимо учитывать силовые и скоростные режимы работы машин.

Экономические показатели привода определяются его стоимостью и затратами при эксплуатации, которые тесно связаны с к. п. д. и коэффициентом К_у установленных мощностей привода. При определении и К_у следует учитывать и потери энергии при холостых ходах и простоях рабочих органов в течение каждого цикла, если по циклограмме они не должны работать непрерывно. Простои особенно ощутимы в гидроприводах, так как насосные станции работают непрерывно. Коэффициент К_у привода определяется отношением полезной работы А_п за цикл t_ц к работе, которую мог бы совершить привод за то же время, работая с номинальной мощностью N_H

. (1)

К. п. д. привода характеризует уровень затрат при его эксплуатации, а коэффициент К_у – уровень первоначальных затрат в общей структуре себестоимости литья, полученного на машинах с рассматриваемым приводом.

Более высоким к. п. д. обладают электроприводы, наиболее низким – пневмоприводы. Оценить различные типы приводов по коэффициенту К_у трудно, так как он во многом зависит от ре­жима и циклограммы работы литейной машины. Однако при проектировании гидроприводов, обладающих высокой стоимостью, следует обращать особое внимание на коэффициент К_у. Надежность привода определяется в основном надежностью его элементов и условиями эксплуатации.

Условия работы привода в литейных цехах тяжелые. Повышенная влажность, газонасыщенность, абразивная пыль, высокие температуры сильно влияют на работоспособность привода. К этому следует добавить высокий ритм работы оборудования, значительные скорости и динамические нагрузки, частые пуски и торможения. В автоматических формовочных линиях за 15…20 с срабатывают последовательно до 10 различных приводов, а за один год работы каждый механизм срабатывает более 1 000000 раз, что находится на уровне паспортной долговечности многих элементов привода. Большинство литейных автоматических машин работает с подобной интенсивностью, поэтому надежность привода, как правило, определяет общую надежность машины. Это подтверждается исследованиями работы автоматического оборудования. Установлено, что на долю приводов приходится до 30% простоев. В большинстве случаев низкая надежность является результатом плохого качества изготовления элементов приводов и низкого уровня обслуживания.

Работа привода во многом зависит от методов и средств управления. Системы управления приводами осуществляют выполнение заданных скоростных и силовых режимов работы приводов в соответствии с циклограммой. В литейных машинах управление электроприводом осуществляется электрическими средствами, пневмопривода – пневматическими и электрическими. Уп­равление режимами работы гидропривода производится в большинстве случаев гидравлическими устройствами, а управление включением и выключением двигателей в заданной последовательности, как правило, – электрическими средствами. Все гидрофицированные автоматические формовочные линии имеют электрические системы управления, а линии с пневмоприводом – электрические или пневматические. В смешанных системах управления наиболее полно используются положительные для конкретных условий особенности различных систем управления.

Из приведенного выше следует, что в каждом определенном случае необходимо проводить всесторонний сравнительный анализ всех типов приводов и систем управления и выбирать наилучшие из них.

Учебное пособие написано в соответствии с программой курса «Расчет и проектирование приводов литейных машин», который создан в МВТУ им. Баумана и с 1963 г. читается студентам.

Большое внимание уделено основам теории рабочих процессов приводов, выявлению их характерных особенностей, которые могут быть наиболее рационально использованы в литейных машинах, методам выбора и расчета основных параметров, вопросам улучшения показателей работы приводов, средствам и методам управления ими.

Раздел первый учебного пособия написан Л. П. Каширцевым, разделы второй и третий – О. А. Беликовым.