Методика расчета. 1. Определяется общая грузоподъемность машины и сила тренияпри перемещении поршня (см

1. Определяется общая грузоподъемность машины и сила трения при перемещении поршня (см. п. 1, 2, 3, 4 расчета прессовой формовочной машины).

2. Определяется площадь поршня. Минимально необходимая площадь поршня, обеспечивающая за счет избыточного давления подъем движущих частей с общей грузоподъемностью , преодолевая силу трения , с учетом возможных потерь будет равна:

 

, м²,

 

где – коэффициент, учитывающий возможные про­течки сжатого воздуха.

При последующих ходах встряхивания избыточноедавлениепод поршнем в начале его движения вверх может быть и несколько меньше:

 

 

вследствие подбрасывания вверх поршня не только давлением сжатого воздуха, но еще и силой упругого восстановления соударяющихся поверхностей машины. Давление в начале хода может потребоваться несколько больше, чем вследствие инерции поднимаемых частей [10]. В большинстве встряхивающих формовочных машин после начала движения при нормальных условиях повышение давления колеблется в пределах 50–100 кПа. Поэтому расчет требуемой площади встряхивающего поршня производится из выражения

 

, м².

По значениюплощади поршня определяется его минимальный диаметр:

, м.

 

3. Строится индикаторная диаграмма,где в определенном масштабе по оси ординат откладывается путь поршня (м), а по оси абсцисс – давление воздуха под поршнем (кПа) (рис. 5.2).

 

Рис. 5.2.Индикаторная диаграмма

встряхивающего механизма без отсечки подачи воздуха

Точка 1 соответствует началу движения поршня вверх. Давление воздуха под поршнем должно уравновесить сопротивление движению поршня:

 

откуда

, кПа.

 

Вторая координата точки 1 равняется высоте вредного пространства:

, м,

 

где –объем вредного пространства встряхивающего цилиндра,м³. Для машин с поршневым воздухораспределением

 

 

где = 0,06–0,08 м – высота встряхивания.

На пути от точки 1 до точки 2 идет наполнение цилиндра воздухом. Давление под поршнем повышается вследствие поступления сжатого воздуха из сети, в большинстве встряхивающих машин при нормальных условиях по­вышение давления колеблется обычно в пределах 50–100 кПа, т.е. , кПа.

Путь наполнения от точки 1 до точки 2 по практическим данным составляет:

 

Следовательно: .

Линия впуска 1-2 будет иметь вид параболы, так как в самом начале движения при малых скоростях поршня давление повышается в большей мере, чем при дальнейшем подъеме с возрастающей скоростью.

В точке 2 открывается выхлопное отверстие, воздух из полости ци­линдра выходит в атмосферу, давление в цилиндре падает, несмотря на продолжающееся поступление воздуха, так как общее сечение выхлопных отверстий делается значительно (в 3–5 раз) больше сечения впускного отверстия. До точки диаграммы давление воздуха на поршень превышает силу сопротивления движению. От точки до точки 3 поршень движется по инерции.

 

.

 

Точка 3 соответствует моменту, когда поршень, израсходовав кинетическую энергию, останавливается и начинает падать.

При ходе поршня вниз движущей силой является сила , а силой сопротивления – давление воздуха под поршнем. Поэтому:

 

 

При достаточно большом сечении выхлопного отверстия избыточное давление в точке 3 чаще всего получается 40–60 кПа.

 

, кПа;

 

.

 

При ходе поршня вниз продолжается выхлоп и дальнейшее падение давления в цилиндре.

Точка 4 соответствует моменту закрытия выхлопного отверстия. Избыточное давление в цилиндре в точке 4 в машинах без отсечки подачи воз­духа большей частью лежит в пределах 20–50 кПа.

Таким образом:

 

, кПа;

 

.

На участке 4-1 также продолжается впуск воздуха (отсечка не предусмотрена) и сжатие его в цилинд­ре. В конечной точке 1 диаграммы осуществляется удар встряхивающего стола о фланец цилиндра и уплотнение формовочной смеси в опоке.

Затем происходит очередной цикл подъема и удара поршня.

4. Анализ индикаторной диаграммы позволяет определить энергию, сообщаемую поршню при падении встряхивающего стола и его подъеме.

Удельная энергия (работа, отнесенная к 1м² площади поршня) удара стола машины после завершения движения поршня вниз

 

, кДж/м².

 

Без учета давления сжатого воздуха она может быть выражена площадью c-b-h-e-с на индикаторной диаграмме. Если из этой работы вычесть сопротивление сжатого возду­ха под поршнем машины, представленное площадью 3-4-1- с-b -3, получится удельная энергия удара в кДж на 1 м² площади поршня.

 

, кДж/м²,

 

где – постоянная планиметра (прибор для измерения площадей);

– масштабы соответственно давления и пути.

Удельная энергия, сообщаемая поршню на пути 1-3, складывается из удельной энергии сжатого воздуха и удельной энергии отражения стола после предшествующего удара.

Вся эта сообщенная поршню энергия расходуется на преодоление сил сопротивления на пути . Заменив величину эквивалентной площадью на диаграмме, а величину – площадью прямоугольника 1 -a-b-c- 1, получим:

 

 

откуда:

, кДж/м².

 

Чаще всего .

Полученные энергию удара и энергию отражения, отнесенные к 1 м² площади поршня, можно пересчитать на 1 кН падающих частей.

 

, Дж/кН;

 

, Дж/кН.

 

Определив , можно найти коэффициент, учитывающий долю использования потенциальной энергии встряхивающего стола при падении:

 

Обычно .

Главными факторами, оказывающими влияние на индикаторную диаграмму, являются элементы воздухораспределения, давление воздуха, нагрузка и др.

С увеличением пути наполнения увеличивается , общая высота подъема стола. Выхлоп получается более глубоким, и энергия удара, как правило, увеличивается. Аналогичным образом влияет увеличение давления воздуха, уменьшение нагрузки и силы трения.

5. Сечение впускного отверстия определяется из условия неразрывности потока воздуха:

 

;

 

, м²,

 

где – средняя скорость подъема поршня, = 0,5–0,6 м/с;

= 15–25 м/с – скорость прохода воздуха через впускное отверстие.

Диаметр впускного отверстия

 

,мм.

 

Сечение выхлопных отверстий принимается в 3–5 раз больше впускного.

6. Расход сжатого воздуха на одно встряхивание по практическим данным для машин без отсечки можно определить из следующего соотношения:

, м³,

 

где – объем воздуха при наполнении цилиндра на пути , отнесенный к давлению сжатого воздуха в сети :

 

, м³.

 

7. Производительность 1 м³ израсходованного воздуха

кДж/м³.

 

Величина является показателем экономичности работы пнев­матического встряхивающего механизма. Для существующих конструкций встряхивающих машин находится в пределах 25–35 кДж/м³.

Альтернативный вариант расчета встряхивающих механизмов с поршневым воздухораспределением [4].