CC BY
30
Швейная машина 1022 кл. имеет следующие параметры: /77=27 кг; ,Уу=0,33 кгм2; ^=0,61 кгм2; JZ=Q:53 кгмг /7=0,11 м; Сх=Су=6 Ю5 Н/м; С2=8105Н/м; 0= 0,32-10* Н/м 0у=0,12-105 Н/м; 02=0,24-105 Н/м; Рх=185 Н; М= 41,4 Нм л=4000 мин1. Собственные частоты колебаний и эффективность виброизоляции по формуле (11) в октавных
полосах частот составят:
=12 и 36 Гц;
=20 и 39 Гц;
Г5 =27 Гц; Г6 =32 Гц; ВИ= 12 дБ на час-тоте 63 Гц; ВИ=27 дБ на частоте 125 Гц и далее прирост 12 дБ на октаву (рис.2), амплитуды колебаний швейной машины не превышают допустимых значений (Лх<0,045 мм [1]).
Данный вариант параметров системы виброизоляции является оптимальным, так как выбор виброиэоляторов с более высокими значениями коэффициентов жесткости Сг С и С увеличивает собственные частоты и приближает
к их основной частоте (/=66 Гц), что значительно снижается виброизолирующий эффект. Уменьшение С^ Су и С2 приводит к увеличению амплитуд колебаний и нарушению устойчивости швейной машины.
Результаты работы могут быть полезны предприятиям швейного машиностроения и швейного производства.
Литература
1. Вальщиков Н.М. и др. Расчет и проектирование машин швейного производства. - Л.: Машиностроение, 1973. -344 с.
2. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Под ред. Е.Я. Юдина. -М.: Машиностроение, 1985.-400с.
3. Ивович В.А. Переходные матрицы в динамике упругих систем. Справочник.-М.: Машиностроение, 1981. -179 с.
АНДРОСОВ Сергей Павлович, к.т.н., доцент кафедры технической механики и автоматики ОГИС.
Е. Г. БЫЧКОВСКИИ А. Д. ВАНЯШОВ В. С. КАЛЕКИН В. В. КАЛЕКИН
Омский государственный технический университет
УДК 621.541.1
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ ПНЕВМОДВИГАТЕЛЕЙ
СТАТЬЯ ПОСВЯЩЕНА ПЕРСПЕКТИВАМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРШНЕВЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ, ПРИВОДЯТСЯ ДАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПОРШНЕВЫХ ПНЕВМОДВИГАТЕЛЕЙ С САМОДЕЙСТВУЮЩИМИ КЛАПАНАМИ НА УНИФИЦИРОВАННЫХ БАЗАХ ХОЛОДИЛЬНЫХ КОМПРЕССОРОВ.
На современных предприятиях машиностроительных, химических, нефтехимических и горных отраслей промышленности, широко применяется электрическая и пневматическая энергия. Каждая из указанных видов энергии имеет свои достоинства, недостатки и области применения.
Электрическая энергия удобна в передаче. Электродвигатели надежны в работе, просты по конструкции, имеют высокий КПД и допускают значительные перегрузки по мощности и крутящему моменту. Но работа электрооборудования связана с опасностью искрообразования, что в условиях взрывоопасных сред, особенно горных и химических предприятий, крайне нежелательно. Кроме того, работа электрооборудования даже в установившихся режимах, неизбежно связана с тепловыделениями в окружающую среду, так как все потери энергии в конечном итоге переходят в тепло. При регулируемом приводе потери энергии возрастают, что приводит к снижению КПД системы и увеличению тепловыделений. Недостатки электрической энергии особенно ощутимы при отработке глубоких месторождений горных предприятий. При высокой температуре горных пород взрывоопасность окружающей среды возрастает.
Использование взрывобезопасного электрооборудования особенно в шахтах, горных предприятий опасных по взрыву газа или пыли, не обеспечивает полной гарантии его взрывобезопасности.
Применение пневматической энергии во вэрыво-беэопасных производствах обеспечивает безопасную работу привода. Пневматические двигатели малогабаритны, имеют небольшую массу. Они позволяют в широких пределах изменять скорость движения рабочих органов. Пневматическая энергия дороже электрической. Производство и потребление сжатого воздуха связано с потерями
энергии в компрессорном агрегате, в пневматической сети и в пневматическом двигателе, вследствие чего общий КПД шахтной пневматической установки не превышает 210% [1).
Пневматические приводы делятся на две большие группы - приводы поступательного движения (наиболее часто применяются при автоматизации производственных процессов в машиностроении) и приводы вращательного движения (используются главным образом в угольной, химической, нефтехимической промышленности и т.п.). Пневмоприводы вращательного движения называют пневмомо-торами или пневмодвигателями.
Поршневые пневмодвигатели получили широкое распространение в горнодобывающей про-мышленности, в частности, для буровой каретки СБКСНС-2, на погрузочных машинахППН-1Си ППН-1Н, ППН-2, ППН-3, в погруэочно-
Таблица 1
Поршневые пневмодвигатели
Пневмодвигатели Технические данные
1 2 3 4 5 в
Фирма, амод. страна Рабочее давление, МПа Моирость всех моделей инструктивного ряда. КВт Число оборотов выходного вала, об/мин Удельный расход воздуха uV(rBt-mhh) Удельная металпо-ешость. Кт/(в6т)
Россия пв-12 0.4 а 750 1.02 13.1
Россия П12-12 0.5 12 750 1.02 ».75
Россия П13-1в 0.5 13 1000 1.02 8.5
Завод Острой Чехия 0.4 5,0-55.1 700-1200 0.95-1,16 13.S
Заводы Пвтровицвой и Рыбницпй ПНР 0.4 5.5 аоо 1.02 1в.З
«Atlas Сорсов Шаецня о.а i.a-a.e 250-1100 o.gs-1.00 io.a-i4.te
«НоЬтшпв. яВлмил and WadflB. Blü Англия 0,380,56 2,2-эа.а 500-1200 0.6-1.08 15.4-40.8
-фанспортных машинах МПДН-1, ПТ-4, ГЩН-1,1ПДН-2, ПДВ-2, на шахтных лебедках, в стационарном буровом ключе АБК-ЗМ и т.д.
В настоящее время применяют два типа конструкций поршневых пневмодвигателей: со звездообразным и Г-образным расположением цилиндров. И только зарубежные фирмы (например, английские Хольман и Брум-Уэйд) продолжают производство поршневых пневмодвигателей иных типов (бескривошипных и с дифференциальными поршнями двухкратного расширения). Для сравнения в табл. 1 приведены некоторые поршневые пневмодвигатели, выпускаемые различными отечественными и зарубежными предприятиями в настоящее время.
Поршневые пневмодвигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с пневмодвигателями других типов: допускают перегрузку, просты в управлении, имеют меньшие утечки сжатого воздуха, обладают хорошей пусковой характеристикой, работают с частичным расширением сжатого воздуха и с частичным обратным сжатием [2]. Их можно изготавливать с переменной степенью наполнения, что позволяет в процессе работы легко и экономично изменять его рабочие характеристики в зависимости от нагрузки. Это достигается изменением фазы распределения (подачи сжатого воздуха) в цилиндр. Поршневые пневмодвигатели изготавливают реверсивными и нереверсивными. Номинальная частота вращения поршневых двигателей находится обычно в пределах 400-1500 об/мин., мощность 0,36-60 кВт.
Применение поршневых пневмодвигателей в горнодобывающей промышленности связано не только с повышенной опасностью взрыва газа и пыли, но и с утилизацией холодильного эффекта, роль которого возрастает с повышением температуры атмосферы в подземных выработках. Холодопроизводительность пневмодвигателей, принципиально не отличающихся от детандеров, тем выше, чем выше давление на входе.
Охлаждающий эффект при работе пневматических машин и механизмов влияет на микроклимат окружающей среды не только в отношении снижения температуры, но и уменьшения влажности атмосферного воздуха. Независимо от вида совершаемой работы воздух на выходе из пневматической машины имеет низкое влагосодержание, так как основное выпадение влаги имеет место на участке трубопровода в 500-900 м от компрессорной станции. В связи с тем что микроклимат в забоях глубоких шахт характеризуется не только высокой температурой, но и высокой влагонасыщенностью атмосферного воздуха, то смешение отработанного сухого воздуха с влажным атмосферным воздухом благоприятно влияет на улучшение микроклимата в забое.
Наиболее распространены для распределения потока воздуха в поршневых пневмодвигателях золотники [3,4]. Золотники представляют собой устройства управления, предназначенные для изменения направления движения рабочего тела.
Система золотникового газораспределения обладает рядом существенных недостатков: сложность изготовления золотника, низкая надежность, повышенное трение, сложность обслуживания, снижение КПД пневмодвига-теля на нерасчетных режимах при переменном давлении на входе, что часто связано с большой протяженностью пневмомагистралей в шахтах.
Одним из направлений совершенствования системы газораспределения в поршневых пневмодвигателях является применение самодействующих клапанов.
Отсутствие сложного механизма принудительного газораспределения значительно упрощает конструкцию пневмо-Двигателя, снижаются массогабаритные показатели, металлоемкость, трудоемкость изготовления.
Движение воздуха в цилиндре может быть организовано по прямоточной и непрямоточной схемам. Прямоточная схема предусматривает наличие нормально-
Рис. 1. Продольный разрез поршневого пневмодвигателя. 1 - клапанная головка, 2 - запорный элемент, 3 - ограничитель подъема, 4 - седло, 5 - пружина, 6 - корпус ограничителя подъема, 7 - входной штуцер, В - цилиндр, 9 - поршень, 10 - выхлопные окна.
открытого самодействующего клапана на впуске и выхлопные окна в конце хода поршня [5,6]. Непрямоточная схема содержит нормально-открытый впускной и выпускной клапаны [7, В].
Для проведения экспериментальных исследований поршневого пневмодвигателя с самодействующими воздухораспределительными органами в лаборатории кафедры "Компрессорные и холодильные машины и установки" Омского государственного технического университета был разработан и создан экспериментальный стенд.
Пневмодвигатель был выполнен на базе автомобильного одноступенчатого, вертикальный, однорядного, одноцилиндрового компрессора со степенью повышения давления до 8, скоростью вращения вала до 3000об/мин, ходом поршня 38 мм и диаметром цилиндра 60 мм.
Для этого была произведена замена клапанов компрессора на самодействующий нормально-открытый впускной клапан. На рис. 1 приведен продольный разрез поршневого пневмодвигателя. Нормально-открытый самодействующий впускной клапан, размещенный в клапанной головке 1, содержит запорный элемент 2, ограничитель подъема 3, седло 4, пружины 5, крышку 6, в которой рас-положен входной штуцер 7. Клапанная головка 1 размещена на цилиндре 8, в нижней части которого выполнены выхлопные окна 9 для выхода воздуха, в виде круглых (прямоугольных) отверстий. Таким образом, в пневмодвигателе была реализована прямоточная схема движения воздуха, с впуском сжатого воздуха через впускной клапан и выпуском охлажденного воздуха через выхлопные окна в цилиндре.
Пневмодвигатель работает следующим образом. Сжатый воздух от компрессорной установки через входной штуцер 7 поступает в цилиндр 8. При этом растет перепад
Р давлений над запорным элементом 2 и под ним. ■ Преодолевая упругие силы пружины 5, запорный элемент I клапана закрывается. Поршень 9 перемещается к нижней £ мертвой точке (НМТ) с совершением внешней работы. При | открытии поршнем в НМТ выхлопных окон 10 расши-
¡рившийся воздух выводится в атмосферу. Далее за счет сил инерции вращающихся и возвратно-поступательно движущихся частей поршень движется к верхней мертвой точке (ВМТ). При достижении давления в цилиндре 8 начального давления на входе в пневмодвигатель запорный элемент 2 за счет сил упругости пружины 5 открывается и цикл повторяется.
Экспериментальный стенд позволял производить запись на шлейфовом осциллографе Н-117 быстроменяющихся давлений в цилиндре пневмодвигателя, регистрацию положения поршня в верхней и нижней "мертвых" точках, диаграмм движения запорного элемента самодействующего впускного клапана.
Измерялись внешние параметры: давление воздуха на входе в пневмодвигатель, расход воздуха, температура на входе и выходе.
Величина угла закрытия в исследуемом пневмодвига-теле менялась в пределах 40-180° и зависела от конструктивных параметров: жесткости пружины С , высоты подъема запорного элемента клапана h, относительного мертвого пространства пневмодвигателя а.
Было установлено, что при определенном соотношении жесткости пружины и максимальной высоты подъема запорного элемента достигается Максимальные мощность на валу и частота вращения коленчатого вала. Угол закрытия впускного клапана в данном случае соответствовал 80-110° для различных значений жесткости пружины и максимальных высот подъема запорного элемента клапана.
В случае увеличения жесткости пружин или высот подъема закрытие клапана происходило после открытия выхлопных окон (при 1440). В этом случае мощность пневмодвигателя соответствовала максимальным значениям и превышала мощность соответствующую углам закрытия 75-1100 в среднем на 30-70%. Частота вращения при этом уменьшилась на 30-40%, а удельный расход увеличивался на 60-200%. При малых значениях высот подъема запорного элемента, либо при небольших жест-костях пружин, необходимый для закрытия клапана перепад давлений по углу поворота вала достигался при меньших углах закрытия, что обуславливало недостаточное наполнение цилиндра пневмодвигателя сжатым воздухом. При таком сочетании параметров h=0,1-0,5 мм и Спр=400-800 Н/м угол закрытия составлял менее 80°. Мощность пневмодвигателя по сравнению с мощностью при углах закрытия 80-110° уменьшилась на 20-40%, удельный расход
Рис. 2. Зависимость угле закрытия клапана от максимальной высоты подъема запорного элемента клапана при Ри=0,7 МПа, а,»0,31: 1 - Сп>1»824 Н/м; 2 - 0^=2150 Н/м; 3 - С^-2843 Н/м.
Таблица 2
Технические характеристики пневмодвигателей на базе холодильного компрессора ФУ12
Фактическая поршневая сипа, кн 2,2 3,2 4,0 5,0 6,0
Число рядов •4. 4 4 4 4
Ход поршня, им 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05
Диаметр цилиндра, мм 68 ВО 90 100 110
Начальное. Давление на входе в пневмодвигатель, МПа 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63
Номинальная мощность, кВт 4,7 6,6 8,5 10,6 13
Номинальный удельный расход свободного воздуха, м> 0,95 0,94 0,93 0,91 0,89
мин-кВт
Удельная металлоемкость, кг кВт 19,2 13,6 10,6 8,5 7,0
практически не изменялся из-за снижения потребления сжатого воздуха.
Влияние степени расширения на рабочие характеристики пневмовдигателя сказывалось следующим образом. При углах закрытия 75-110° с увеличением степени расширения (от 5 до 6,5) мощ-ность увеличилась на 25-70%, частота вращения возросла до 75%, удельный расход уменьшился на 25-40%.
С целью установления влияния снижения давления на входе на работу пневмодвигателя был проведен ряд экспериментов с давлением на входе 0,4 МПа при относительном "мертвом" пространстве 0,57 и 0,78. Мощность при этом уменьшилась в среднем на 35-40%, частота вращения снизилась на-25%, удельный расход увеличился в среднем на 30% (КПД пневмодвигателя оставался в пределах 3035%).
Зависимость угла закрытия запорного элемента клапана от высоты подъема запорного элемента клапана, как видно из рис. 2, имеет максимум для каждой жесткости пружины, причем, максимальное значение угла возрастает с увеличением жесткости пружины.
По результатам экспериментальных исследований можно отметить следующее. Поршневой пневмодвигатель с нормально-открытым самодействующим клапаном устойчиво работает с частотой вращения не ниже 500 об/мин. Работа при более низкой частоте вращения осложнена невозможностью обеспечения достаточного перепада давления на клапане из-за малой средней скорости поршня; дальнейшее снижение частоты вращения (до 300 об/мин.) возможно за сдот одновременного увеличения относительного мертвого пространства до 0,9 и снижении степени расширения до 4. Устойчивая работа исследованной конструкции пневмодвигателя имела место при частоте вращения до 1500 об/мин. Очевидно, что более высокие частоты вращения можно получить путем создания многорядных машин, с повышенными степенями расширения, уменьшенными относительными мертвыми пространствами.
Важным фактором, обеспечивающим ускорение внедрения новых разрабатываемых конструкций энергетических машин для выработки и потребления сжатого воздуха, а также снижение себестоимости, материалоемкости и энергоемкости выпускаемых изделий, является использование имеющихся унифицированных единиц и создание на их основе типоразмерных рядов разрабатываемых конструкций.
Это обстоятельство позволяет считать целесообразным применение для создания пневмодвигателей унифицированных баз, например, малых холодильных компрессоров.
Использование серийно выпускаемых унифицированных баз способствует сокращению до минимума затрат на производство пневмодвигателей.
Уточненная инженерная методика и разработанная математическая модель [9], проверенная на адекватность экспериментальными исследованиями, позволяют производить проектирование и оптимизацию конструкций пневмодвигателей с самодействующими клапанами.
В табл. 2 приведены технические характеристики пневмодвигателей, выполненных на базе холодильного компрессора ФУ12, с частотой вращения 1500 об/мин, габаритными размерами 500x540x490 мм и массой 90 кг.
Из анализа данных табл. 1 и табл. 2 следует, что численно разработанный ряд поршневых пневмодвигателей на унифицированных базах малых холодильных компрессоров по удельным показателям: превосходит лучшие современные российские аналоги на 10-15% по удельному расходу и на 15-17% по удельной металлоемкости, не уступая лучшим зарубежным пневмодвигателям.
Выполненные исследования экспериментально подтвердили работоспособность пневмодвигателя с нормально-открытым самодействующим впускным клапаном в широком диапазоне высот подъема запорного элемента клапана, жесткостей пружин, относительных мертвых пространств и степеней расширения.
Литература
1. Г.П. Герасименко Комплексное исследование при отработке глубоких месторождений. - М.: Не-дра, 1971.-128 с.
2. Прудников С.Н. Расчет управляющих устройств пневматических систем 1987, 152с.
3. Чупраков Ю.И. Основы гидро - и пневмоприводов.-М. Машиностроение, 1966.-160 с.
4. Марутов В.А., Пирогов Л.И., Черноков И.Г. Пневмопривод в отечественных и горнорудных машинах - М; НИИНЕОРМТЯЖМАШ, 1970.- 120с.
5. Поршневой пневмодвигатель: Патентна изобретение № 2097576, МКИ F 01 L 9/02,25/00, F 01 В 25/02/Антропов И А, ВаняшовАД, Кабаков А.Н., Калекин B.C., Прилуцкий И.К
6. Поршневой пневмодвигатель: Свидетельство на полезную модель № 10423, МКИ F 01 L 9/02, 25/00 / Бычковский Е.Г., Ваняшов А.Д., Кабаков А.Н., Калекин B.C.
7. Поршневая расширительная машина: Свидетельство на полезную модель № 13060, F 01 L 9/02, F 01 L 9/02, F 03 С 1/08/Ваняшов А.Д., Калекин B.C., Коваленко C.B.
8. Поршневая расширительная машина: Свидетельство на полезную модель № 16379, F 01 L 9/02, F 01 В 25/02 / Ваняшов А.Д., Калекин B.C., Коваленко C.B.
9. Бычковский Е.Г., Калекин B.C., Плотников В.А. Математическая модель поршневого пневмодвигателя с самодействующими клапанами. - "Вестник КузГТУ" 1999, Na4, с. 5-8.
БЫЧКОВСКИЙ Евгений Геннадьевич - аспирант кафедры "Компрессорные, холодильные машины и установки" Омского государственного технического университета. ВАНЯШОВ Александр Дмитриевич - кандидат технических наук, ассистент кафедры "Компрессорные, холодильные машины и установки" Омского государственного технического университета.. КАЛЕКИН Вячеслав Степанович - доктор технических наук, доцент кафедры "Компрессорные, холодильные машины и установки" Омского государственного технического университета.
КАЛЕКИН Владимир Вячеславович - студент Кемеровского технологического института пищевой промышленности.
Омский государственный технический университет
извещает
о начале подготовки инженеров по специальностям
121100 - "Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика"
Гидравлические машины получили широкое применение в различных областях науки и техники. Без них невозможна работа ни одного современного предприятия и большинства устройств, широко применяемых в быту. Так, перекачку нефти по магистральным трубопроводам, перемещение горячей и холодной воды, в системах тепло- и водоснабжения в быту и в промышленности, работу автомобильной, автотракторной, авиационной и космической техники осуществляют гидравлические
машины и агрегаты.
Форма обучения: дневная, дневная ускоренная (после окончания техникума).
Обучение: по специальности 121100 бюджетное и платное (для лиц, не прошедших по конкурсу).
230100 - "Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических машин и оборудования" (автомобильный транспорт)
Вы представляете себе жизнь без автомобилей? Мы - нет. Вдумайтесь, в нашем городе в настоящее время эксплуатируется 200 тысячи автомобилей. Автомобилю, как и другому техническому устройству, необходимо сервисное обслуживание. Вот почему мы открыли специальность 230100 по сервису автомобильного транспорта. Только у нас - в г. Омске, а не в Новосибирске, Тюмени и других городах Западной Сибири можно получить высшее образование по данной специальности. Выпускники нашей специальности могут работать и возглавлять любые автотранспортные и автосервисные предприятия, их знания и полученный опыт помогут им самим организовать предприятие автосервиса, в крайнем случае - самостоятельно отремонтировать свой автомобиль.
Форма обучения: дневная.
Обучение: по специальности 230100 бюджетное и платное.
Телефон кафедры "Гидромеханика и теплоэнергетика": 65-31-77.
