автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Рабочий процесс импульсной головки и его влияние на качество форм

государственны;! комитет рсфср по делам науки и высмей иколы московски*! автомеханический институт

На правах рукописи

БЕРЕДАНОЗ ПЕТ? ИЛЬИЧ

удк 621.744.4

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ИМПУЛЬСНОЙ ГОЛОВКИ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ФОРМ

Специальность 05.16.04 - Литейное

производство

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1990

Глбота выполнена в Московской автомеханическом институте.

. Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Г.М.Орлов

Социальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор В.С.Шуляк

кандидат технических иаук А.А.Волкомич

Ведущее предприятие - НПО НШТРАКТОРОСЕЛЬХОЗМАШ

Защита состоится 27 декабря 1990 г. в /^"часов на заседании Специализированного Совета К 063.49.02 при 'Московском автомеханической институте в ауд. й30-^ по адресу: 105023, Москва Е-23, Б.Семеновская,,3В.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского автомеханического института.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан "1У" /СО*4и Шг.

Уч.ный оекретарь Специализированного Совета, доцент, к.т.н.

В.Ц.Зуев

ОБЩАЯ ХАР 'КТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. 3 СССР и за рубежом основная часть отливок изготовгаваегся в разовых песчано-глинистых формах. Реш -одев злиякае на качество отливок оказывает процесс получения литейных форм с необходимой плстностьп и качеством поверхности, поэтому векнейзей задачей развития линейного производства на современном и'апе является применение новых способов уплотнения форм, позволяющих ползать качественные отливки и обаспечиваацих в итоге снинение себестоимости и улучшение условий труда в литейных цехах.

В последние годы все большее распространение в СССР и в ведувдх промышленных странах получает импульсный способ уплотнения форм сжатым воздухом сетевого давления. Парамет I основного агрегата импульсных машин-импульсной головки оказывапт суцзственное влияние на процесс импульснох уплотнения. С.,нако, в настоящее время отсутствует методика расчета параметров этих головок, что затрудняет создание ш ульсных формовочных машин.

Целью диссертационной работы является разработка новых перспективных импульсных головок и выбор их оптимальных конструктивно-технологических параметров.

Для решения поставленной цела необходимо решить следующие задачи:

- исследовать механизм истечения сжатого воздуха в полость над смесью-,

- . азработать математическое описание рабочего процэсса импульсных головок;

- определить основные конструктивно-технологические параметры импульсных головок.

Научная новизна работы

- Методом математического моделирования на ЭЪИ установлено

и зкспершгчталъно подтверждено, что наибольаее влияние на скорооть нарастания давления над смесью оказывает средняя скорость открытия.выпускного отверстия импульсной головки.

- Установлено, что чем больше скорость открытия выпускного отверстия, теп больше плотность лада формы, иеныае высота рыхлого олил на контрладе и равномернее плотность по высоте формы.

- Установлено, что применение уплотнений на приводе запи-рающэй части импульсного клапана неэффективно, а рациональная величина зазора неаду поршнем привода и стенкой состав глот 0,1-0,5 мм.

Применение импульсного клапана с ударником для увеличения начальной скорости открытия клапана более эффективно, чем применение клапана с хвостовиком.

- Скорость открытия клапана и соответственно скорость нарастания давления над смесью интенсивнее увеличивается при росте числа выпускных отверстий и сохранении постоянной их суммарной площади, чей при увеличении площади отдельного отверстия и сохранении постоянного их числа.

Практичоскую ценность имеют следующие результаты диссертации:

- составлен пакет программ для расчета на ЭВМ рабочего процесса импульсных головок, позволяющий совместно с уже известной программой импульснвго уплотнения выбирать рациональные параметры импульсной го-.лэки в зависимости от качества уплотнения (ЮрЦ;

- на оонозаниц расчетов разработаны рекомендации по выбору оптимальных конструктивных параметров импульсной головки: объеи ресивера, обгеи пространства над смесью, количество и суммарная площадь выпускнцх отверстий, площадь-еыхлопного от-

верстая, масса клапана, площадь клапана, находящаяся под давлением воздуха в ресивере и др.}

- на уровнз иообретский предлояени варианта конструкций клапанов с с,сечкой воздуха, позволяющие позыкать КПД импульсных машин;

- на основании результатов проведенных исследований и расчетов на ЭВМ бчли Еыдакы п. актические рекомендации на проектирование импульсной головки для опок II,0X1200X500/400 и опок 1000X900X400/400. Указанные головки установлены на формовочных машинах, изготовленных соответственно по заказу Криворожского центрального рудоремонтного завода и Друаковского машиностроительного завода.

Апробация работы. Результаты работы докладавалист ч обсуждались на научно-практическо.1 межреспубликанской конференции "Современные технологические процессы полу» ния высококач. твен-ных изделий методом литья и порошковой металлургии" (Чебоксары, 1989) > заседаниях кафедры ЫиТЛП Цос: некого автомеханического института.

'Публикации. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 4 публикации.

Объем работы. Диссертация содернит 406 страниц мешинопио- . ного текста и состоит из введения, лести глав, заключения (г эго 220 страниц, включая 70 рисунков) и библиография ( У страниц,^ наименования).

. . СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Как показал анализ литературных источников импульсный способ уплотнения при сетевом давлении сжатого воздуха является наиболее перспективным для изготозления разовых пзсчано-глинис-тых форм. Он выгодно отличается от других спосо1 .в экоиомич-

ностью, кре човременностью, экологической чистотой. Импульсное головки просты в изготовлении и надежны в эксплуатации. При их использовании не требуется оборудования для получения высокого , 1вления, специальных виброзадитных фундаментов, горючих веществ. При замене ими встряхивающих машин, в литейных цзхах заметно снижается уровень вума.

Широкому распространению :joro метода в литейном производстве препятствует отсутствие научно обоснованных рекомендаций по выбору конструктивно-технологических параметров клапанов i—-пульсных головок. Нет данных о закономерностях процессов истечения воздуха в головке и перемещения клапана. Рекомендации по выбору параметров импульсных головок недостаточно полны и противоречивы.

Для того чтобы установить рациональные конструктивно-технологические параметры импульсной головки необходимо создать математическую модель рабочего процесса импульсных головок, исследовать закономерности истечения воздуха в импульсной головке, провести на ЭБ11 математическое моделирование рабочего процесса импульоной головки совместно с процессом уплотнения формы.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ИМПУЛЬСНЫХ ГОЛОЗОК

Для исследования рабочего процесса импульсной головки были выбраны шесть конструкций клапанов (рис.1): а-тарельчагый, б-раз.лшый с хвостовиком, в-клапан с внешним ударником, г-клапан с внуц нним ударником, д-пружинный, е-мембранный. В конструкциях а,б,е клапан К поднимается вверх под действием давления воздуха Рр в ресивере$ в конструкциях в, г - в результате удара ударника У о клапан К « в конструкции Э - под действием пру^аны, сжимающейся при движении а?ока ш вверх.

Ркс.1 Конструкции иссле^емых клапанов.

Для оп'чания рабочего процесса были составлены структурные схемы взаимосвязи параметров импульсных головок. Качество уплотнения определяется максимальным давлением рф над смесью и ско-Г "стью нарастания сс/Ь дазления над смесью. В свою очередь эти факторы зависят от начального давления в ресивере, объема \/р ресивера, начального объема Уф полости над смесью, площади выпускного отверси :. Кроме того, оба эти фактора зависят от средней скорости открытия выпускного отверстия Щз.ОТ(у£/о), которая равна:

1/<р.ог-1/ср.г*Л (I)

где:- /7 - периметр выпускного отверстия, 1/ср.м -средняя скорость' движения клапана; 2/ср.кл=)(1Ь , где X - путь, проходимый клапаном до полного открытия, £ - время, за которое клапан пройдет этот путь. На величину 1?ср.оГ влияют следующие факторы: давление в ресивере, объем ресивора и полости над смесью, площадь сечения выхлопного отверстия, масса клапана, сила трения, зазор между клапаном и стенкой надклепанной полости, объем надклапан-ной.полости, отношение площади клапана со стороны ресивера к площади выпускного отверстия,,начальная скорость клапана в момент "ткрытия, зависящая в свою очередь от длины хвостовика в конструкции б, от массы клапана, удерника и скорости ударника перед ударом.в конструкциях ви г.

Для снижения уровня шума, возникающего при выхлопе воздуха в атмосферу из полости Н. необходимо устанавливать глушитель на выхлопной патрубок отверстия I.

В процессе работе импульсной головки происходит истечение воздуха: из надклепанной полости Н в полость глушителя Г, из магистрали Ы в ресивер Р, из ресивера в надклепанную полость Н через кольцевой зазор ыириной (при отсутствии уплотнения), из ресивера в по-ость Э над сиесьс. Принимается, что давления

в полостях Р,Н,Ф,Г из^нянтся по термодинамическим законам для идеального газа.

Интенсивность изменения давления в любой полости Л переменного объема ..ри условии притока з нее воздуха из полости Д через отзерстие сечением Fi и ухода воздуха через отверстие сечением Fi в полость Е описывается уравнением:

Q'PA _ Л"/ Ь ЩРдТ/т ЯМгГгЪРлУйЯ _ К РА </Уа (2) dt " Va Va Va dt

где: К - показатель адиабаты, текущее давление в полости А" А , 7д и 7а - абсолютная температура в полостях fi и А соответственно, Д - универсальная газовая постоянная,/^ viJUz - коэффициенты расхода воздуха впускного и выпускного отверстий, и % - расходные функции, зависящие от отношения давлэн«й Ра / Ра и Pi /Ра соответственно, V- - объем полости А .

Изменение объемов полостей импульсной -оловки (см.ри',.1) Н,Р,Ф связано с перемещением клапана или ударника; объем полости Г не меняется. Изменение объема полости Ф связано с уплотнением смеси. При определении изменения давления в полости Ф второй член уравнения (2) выглядит следующий образом:

K-V-fbs? Pp/Vp где: Роп - площадь опоки, U - скорость фильтрации через верхний

слой смеси.

Принимается, что процесс истечения имеет адиабатический характер: ,(*-1)/К

-г<=ш(р<ур<-4 о)

где: индексы ¿. \\L-i относятся к параметрам процесса з данный и предшествующий'момент времени. Для определения давления в следующий момент времени в полостях Р,Н,Ф,Г используется метод конечных раза ос те Г;:.

где: & t - впемя между моментами í и ¿4¿ .

В результате проведенных экспериментов, описанных в главе 5, установлено, что среднее давление Рк на клапан со стороны полости истечения меньше давления fíp и определяется:

ßr^Pf-ieCfttf (5)

где: £j - полная плоцадь выпускного с верстия}^-- мгновенный раоход воздуха| 0 - эмпирический коэффициент = S7 ПА.сек^.м^/кг^. Уравнение движения клапана конструкций а,б,е,в,г:

Р/>Рг + РкГз-РнГк-Miq-fijA/ -Af, 0¿ (б)

где: Mi - масса клапанаj // - сила пружины} f¿ , Рз, fie - площади, находящиеся соответсшенно под давлением Рр ,Р#,$ - ускорение силы тяжести.

Для конструкции д :

М - Ppf¿ *fbfs С7)

Уравнение движения ударника в конструкциях В и Г :

где: /V¿ - масса ударника} Рду ,P/ty - соответственно давление под удапником и над ударником. '

Принимается, что клапан и ударник на небольших интервалах т ;еиени движутся равномерно:

~irt'+at*ú (9)

AXi tlfiAt ¿tVz CIO)

где: ДХ - путь, пройденный за Еремя ¿t-, tf¿ и- скорость в ¿ и i+I момен. времени. В конструкциях ö и Г после удара ударника о неподвижный шток клапана скорости находятся ив уравнений:

\г С Vtfai-XNe) fr'-MíMliláL- гг>л

где: u Vi' - скорости соответственно ударника и клапана после удара}/- коэЦмциенг восстановления удара.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ШОТЬСНЫХ головок

С помощью магматической модели рабочего процесса импульсной головка, описанной в глаза 2 и математической модели процесса импульсного уплотнения, разработанной проф.,д.т.н. Орловым Г.М., было проведено математическое модел1фование работы импульсной головки с клапг. эм, приведенным на рис.1а.

Анализ полученных данных показал, что при уплотнении смеси массой 55 кг, в опоке 500X400X200 им с наполнительной рамкой высотой 120 ма (объем полости ресивера \/р - 0,45 м®, масса клапана - 120 кг, объем \/<р полости над смесью - 0,01 м^, площадь 5з выпускного отверстия - 0,12 м2)увеличение давления в ресивере с 0,2 до 0,7 МПА приводит к увеличению макг чальнзго давления над смесью с 0,12 до 0,58 !Ш; скорость нарастания давления увеличивается с 9 до 16 МПА/сек; 1 отность нияне. . слоя возрастает от 1280 до 1520 кг/1^. В результате увеличения отношения объема Ур ресивера к объг ;у Ус смеси с 2 до 7, максимальное давлзние над смесью увеличивается с 0,4 до 0,58 ША, скорость нарастания давления - с 13 до 16 ЫПА/сек., плотность нижнего слоя - с 1400 до 1520 кг/м2. Наиболее интенсивно изменение всех параметров происходит в интервале \/р/Ус =2-4,5. Увеличение отношения объема над см. .¡ью л объему смеси отрице тельно сказывается на всех вышеперечисленных параметрах. При увеличении отношения площади выпускного отверстия к площади опоки с 0,2 до 0,6 увеличивается скорость нарастания давления над смесью с 13 до 24 ¡¿ПА/сек. и соответственно плотность- смеси -от 1415 до 1520 кг/м3. Результаты проведенных расчетов качественно совпадают с результатами экспериментов, проводимых ранее.

Так как величина максимального давления в ресивере ограничена величиной давления в магистрали, объем ресивера - габери-

тами шпулы-юй головки, величина выпускного отверстия - площадью опоки, то повышение эффективности работы импульсной головки сетевого давления возможно только за счет увеличения скорости нарастания давления над смесью, зависящего главным образом от скорости открытия выпускного отверстия. Как показали расчеты при изменении 2%р.ог от I до 3 м^/сек. dP<?l¿/£ возрастает от 16 до 57 МПА/сек.

При увеличении пассы клапана с 50 до 200 кг ЬК/е.ог уменьшается с 2,5 до 0,7 í^/cok. В результате увеличения площади выхлопного отверстия от 5 до 15/м2хЮ" "V ZScp.or увеличивается от 0,4 до Г сек. Вследствие увеличения объема ресивера изменяется характер падения давления в ресивере и подъем давления над смесью в процессе истечения. Изменяются силы, действующие на клапан. При увеличении отношения Vp/Vc с I до 7 Vcp.or увеличивается с 0,3 до I,J. м^/сек. Причем, наиболее интенсивно Щ>.г>гизменяется при увеличении отношения Vp /Ve в пределах от I до 3,5, Щ>.сг меняется с 0,3 до 0,8 м2/сек. Увеличение удельной силы трения клапана о стенку иадк лапанной полости с 0,001 до 0,007 МПАхм2 сникает с 1,5 до 0,5 м2/сек.

В с^/чае отказа от применения уплотнений в приводе клапана происходит истечение воздуха из ресивера в надклапанную полость. . При ширине зазора 2,5 мм (рис. 2 ) расход воздуха через зазор отановится равным расходу воздуха через выхлопное отверстие.• Давлашга воздуха в надкл- чанной полости не изменяется и клапан не открывается. Изменение зазора от 0,1 до 0,5 мм практически не влияет на среднюю скорость открытия.

Результаты расчетов разгонного клапана с хвостовиком (вариант б) и ударного (вариант виг) показали, что применение ударника дел увеличения начально;1, скорости Vó клапана в момент открытия выпускного о-черсткя более элективно чем хвостовика. При

Уср.от) мг/с

I

0.5

к

\

мм

Рис.2. Зависимость средней скорости открытия выпускного отверстия от ширины зазора меж, ] клапаном и стенкой надклапанной полости.

ггср.ох, А/УС

г

/00 ¿00 30о

Рис.3. Зависимость средней скорости открытия выпускного отверстия от количества отверстий, суммарная площадь отверстий равна 0,121/.

увел-чении длины Нхвхвостовика с 20 до 70 од растет от 0,15 до 0,7 и/сек и соответственно Zfycr - от 1,1 до 1,8 м^/сек. Увеличение скорости ударника перед ударом с 3 до 7 м/г*к позволяет увеличить Zfo от 1,2 до 2,8 u/сек к соответственно увеличивается е>г от 2,1 до 3,0 ^/сек.

В варианте с мембранным клапаном (е) наиболее интенсивно ¿fy>. е>г растет при увеличении количества Л выпускных отверстий при постоянной площади (рис. 3 ) и связанного с этим увеличением суммарного „ириметра.

Расчеты по определению оптимального объемя Vr глушителя показали (рис. 4 ),что при увеличении отношения Vr к объему надклапшной п-лости Vh повышается скорость падения давления • Рн в надклапанной погости. Так в случае Vr /Vh =1 (кривая I) давление рн упало до 0,35 МПА, что оказалось недостаточным для страгивания клапана с места. При Vír/Vn =3 (кривая 2) давление Рн вначале падает до 0,25 Ш1А, при этом клапан начинает свое движение, а за тем да тение повышается из-за "ченьшения объема надклапанной полости, что соответственно тормозит двигение клапана. При Vr /Vh =5 (кривая 3) давление повышается незначительно^ это практически не влияет на скорость клапана. Расчеты iro-

зоди;л..оь при условии, что полость глушителя не соединена с ат-

t-

мосферой.

С целью проверки значимости факторов, влияющих на качество уплотнения ¿орлы, и. л спланирован дробный факторный эксперимент. В качестве пфаметров оптимизации взяты плотность нижнего слоя формы и плотность контрлада на расстоянии 200 мм от модельной плиты (полная высота столба смеси после уплотнения находилась в пределах 210-270 им).

Уравнение регрессии для лада формы в кодированных значениях выглядит следующим образом: '

РнуМПА

0.6

at

o.¿

о

сюг 0.ОЧ а. 06 t. се*

Рис.4. Изменение давлений в на,..лапанной полости.

ч

\ \ 4

1 • - i i

Í//I- 1380 + 68Xj + I3X2 + 56,5X3 + I8X4 - 2IXj в натуральных значонипх:

S/) = 952 + '45,8Хт + 8,6Х2 + 28,4Х3 + 180Х^ - 84Х5 (13) Урпнония регрессии для плотности контр лада формы в кодированных значениях:

(JK = 1324 + 54,5ХХ + 12Х2 + 51,5Х3 + - 23Х5 в натуральных значениях:

бк= 919 + 36Xj + 8,1Х2 + 29Х3 + 180Х4 - 92Х5 (14)

где: Xj = Рр/Рд , Х2= Vp/Vc , Х3 = tfcp.or . V SjlFofí , Х5 = \tp/Vc > Ра - атмосферное давление.

Таким образом, наибольшее влияние на плотность лада формы оказывает начальное давление в ресивере и средняя скорость от-'кршия выпускного он рстия. Причем, чем больше средняя скорость открытия, гои меньше высота рыхлого слоя на контрладе.

Получено уравнение регрессии для средней скорости открытия выпускного отверстия в кодированных значениях:

13,3+5,75X^0, 5Х2+5,5Х3+2,25Х4+9,25Х5 I,5X6-I,25X? в натуральных значениях:. . '

¿fy.or. =-2б,95+3,8Х1+ 0,5Х2+ 68X3+ 23 'C.5X5-30Xg-0,003Х? (15) где: Хх= Рр/рА ,Х2= VP/Vc , Х3= f¿ , Xf Fi/VH , Х?= Л ,

Хб= RtVм''

где: П - количество отверстий; Fj. - площадь выхлопного отверстия.

Из уравнения гчгрэссии следует, что наибольшее влияние на среднюю скорость открытия выпускного отверстия оказывает количество выпускных отверстий, определяющих суммарный периметр. Влияние начального давления Рр в ресивере и площади клапана, находящейся под дёвлением Рр примерно одинаково и больше влияния отношения площади сечения выхлопного отверстия к объему надклапан-нсЛ полости.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Было решено осуществить экспериментальную проверку математической модели при испытаниях тарельчатого, разгонного о хвостовиком, ударного и пружинного клапанов, конструкции которых (соответственно рис.1, а,б,в,д) включают практически все основные параметры, характерные для клапанов импульсных головок. Для испытания клапанов создан экспериментальный стэнд.

Регистрация давлений и напряжений проводилась при помощи индикаторов давления ИД-2И, для замеров перемещения клапана использовался датчик реостатного типа, регистрация температуры проводилась при помощи хроыель-копелевой термопары.

В экспериментах использовалась песчано-глинистая смеоь (песок K0I6, глина 8 %) с сырой прочностью на сжатие 0,09-0,01 МП А, влажность V- 3,2-0,3 %. Размеры опоки 500X400X200 мм, высота наполнительной рамки - 120 им. Для выравнивания воздушного потока применялась решетка рассекателя с отверстиями диаметром 20 мм. Суммарная площадь отверстий изменялась от 1,04 до 0,12 И2.

. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ИМПУЛЬСНЫХ ГОЛОВОК

Анализ экспериментальных данных показал, по верхнему горизонтальному сечению выпускного отверстия давление воздуха изменяется. Наименьшее давление - в центре выпускного отверстия, наибольшее - не расстоянии 2/3-4/5 радиуса выпускного отверстия от центра. Эта разница давления по сечении воздушного потока меняется в зависимости от расстояния до выпускного отверстия. Чем дальше от выпускного отверстия, тем равном рнее становится воздушный поток вследствие турбулентного перемешивания струй. Из-за разницы давления поверхность контрлада формы получаетон

неровной. Величина давления воздуха Р<р над смесью совпадает' с величиной давления на расстоянии 1/2 радиуса от центра выпускного отверстия.

Было также установлено, что применение решетки рассекателя позволяет выровнять давление по сечению воздушного потока. Поверхность формы в этом случае получалась ровная.

■ На рис. 5 представлены графики изменения давления А? над смесью (кривая I) и давления Рс в центре тарелки клапана (кривая 2) со стороны полсти истечения.

Давление Рс меньше давления Рф вследствие того, что частицы воздуха экектируются с поверхности тарелки клапана воздушным. потока. Разница Лрк между давлениями Рф и Рс изменяется в процессе истечения.

В начале открытия клапана ЛРк =0. Затем йрк постепенно .увеличивается и с какого-то момента начинает уменьшаться. В тот момент, когда процесс истечения оканчивается (давпонке в ресивере и в полости н'д смесью становится одинаковым) лрк снова равняется нулю. Результаты исследования характера изменения мгновенного расхода воздуха дали возможность предположить, что разница давлений йрк зависит от удельного расхода воздуха. ■ Порченная зависимость описывается эмпирически уравнением:

Среднее давление на площадь клапана, ограниченную радиусом выпускного отверстия, определяется:

Рк= р<р-^дрк (17)

Сравнение экспериментальных и расчетных значений скорости движения тарельчатого клапана доказывает справедливость сделанного выше предположения о характере распределения давления на поверхности тарелки клапана.

Эксперименты по проверке адекватности математической мо-

(16)

Р.МПА

0.6 0.4 0.2,

/

у

Ркс. 5 Изменение давления воздуха над смесью (1) ь в центре тарелки клапана(2).

О с. ? а ¿и? сек

Р,МПА

а.

0.6 О.Ч аг

Г Г / 1*1/ 1 10 в и* у * г.

и 1 I 1* I V /

1 в й * IIУ

Н,нн £ 200 \

О.Об £сех /ООО /гоо МОО

Рис.6 Изменение давлений сжатого воздуха над смесью (а) и распределение■плотности смеси по высоте формы после импульсного уплотнения (б) при применении клапанов: ударного(1), ргагон-ного с хвостовиком(2).тарельчатого(3),пружинного(4); ••••расчет-

ное .

экспериментальное.

дег* проводились при использовании тарельчатого клапана.

Значения коэффициентов рогрессии, полученные в результате экспериментов для плотности лада и контрлада,отличаются от коэффициентов, полученных в результате расчетов (уравнения 13,14) не более чем на 5 %.

На рис. 6 представлены экспериментальные и расчетные графики изменения давления над смесью для различных конструкций клапанов. Экспериментальные исследования подтвердили ранее сделанный ьывод о том, что .¡ри увеличении скорости нарастания давления уменьшается неравномерность уплотнеш'4 по высоте формы. Так при применении ударного к лапана,время открытия которого составляло 0,ui сек, скорость нарастания давления достигала S 1.2 МПА/сек и разн'ца плотности смеси у модельной плиты и в слое на высоте 200 мм составляет но более 60 кг/м3. При использовании пружинного клапана,время открытия которого (9,14 сек, скорость нграстания давления равна 3,5 ША/сек, разница плотностей достигает 28' кг/м3.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Был проведен расчот импульсных головок с тарельчатым (см. рйс.та) и мембранным (см.рисЛе) клапанами с целью выбора их оптимальных конструктивных параметров и выдачи рекомендаций на проектирование.- Для импульсной головки с тарельчатым клапаном выбраны оптимально параметры: объем ресивера - I м3, площадь Bi iycKHoro отверстия- 0,2 м2, объем полости над смесью - 0,05 цЗ, масса клапана - 50 кг, ширина зазора менду клапаном и стенкой надклапанной полости - 0,1 мм, диаметр клапана - 0,5 м, объем надклапанной полости - 0,03 м3, площадь выхлопного отверстия - 0,002 м2. Анализ рабочего ..роцесса импульсной головки показывает, что при данных параметрах и начальном давлении в

ресивере 0,7 МПА время нарастания давления над смесью составит 0,02 сек, максимальное давление над смесью - 0,56 МПА. Ход открытия клапана - 100 мм. Головка установлена на формовочной машине, изготовленной 1.Ш0 ШЙТРАКТОРОС^ЛЬХОЗМАШ для опок 1000X900X400/400 мм.

Оп: шальные параметры для импульсной головки с мембранным клапаном следующие: объем ресивера 4 м^, объем надклапанной полости - 0,1 ы®, объем полости над смесью - 0,3 м^, диаметр мембраны - 1,5 м, масса клапана - 750 кг, количество выпускных отверстий - 200 , площадь выхлопного отверстия - 0,017 м2, суммарная площадь выпуск ых отверстий - 0,85 м2. Время нарастания давления над смесью при начальном давлении в ресивере 0,7 МПА составляет 0,014 сек, максимальное давление над смесью - 0,54 МПА. Ход полного открытия клапана - 28 мм, поэтому в качестве привода клапа-э с успехом может быть использована резиновая мембрана. Импульсная головка будет установлена на формовочно" машине, спроектированной ВНИИлитмаш по заказу Криворожского .центрального рудоремонтного завода для опок 1800X1200X500/400 мм.

Разработан универсальней пакет программ для расче.а рабочего процесса пневмо-импульсных головок с ударным, тарельчатым, разгонным с хвостовиком, пружинным и мембранным клапанами. Совместно с программой импульсного уплотнения программа позволяет рассчитывать оптимальные конструктивно-технологические парамет- ■ ры импульсных головок и импульсного процесса уплотнения в зависимости от требуемого качества уплотньаия формы.

Для уменьшения расхода воздуха при импульсном процессе уплотнения разработан, импульсный клапан с отсечкой воздуха, который автоматически закрывает выпусное отверстие сразу после .окончания импульсного процесса. Оставшийся в ресивере сжатый воздух используется в следующих циклах.

ОБЩИЕ вывода

1. Установлено, что предложенная математическая модель достаточно точно отражает реальный рабочий процесс импульсных головок и совместно с математической моделью импульсного уплотнения позволяет рассчитывать оптимальные конструктивно-техно-логичаские параметры импульсных головок для получения литейных

'форм с заданной степенью уплотнения.

2. Установлен механизм истечения саатого воздуха из ресивера в nor сть над смесью: осесишетричный воздушный поток, проходя через кольцевой зазор между клапаном и седлом, огибает

■ края стенки выпускного отверстия. При этом, величина давления распределена еравномерно по сечению выпускного отверстия. Дав-

■ ление имеет максимальную величину на расстоянии 2/3-4/5 радиуса выпускного отверстия от центра.

3. Струя сжатого воздуха обтекает поверхность клапана со стороны полости иогечония таким образом, что энектируется воздух на обтекаемой поверхности, в результате чего давление воздуха на клапан меньше давления над смесью.

4. Найдены расчетные зависимости плотности лада и контрлада формы, сродней скорости открытия выпускного отверстия от основ: х параметров импульсной головки; определено, что чем больше скорость открытия выпускного отверстия, тем больше плотность лада формы, меньше высота рыхлого слоя на контрладе и равномернее плотг лсгь по : лсоте формы.

5. Методом математического моделирования установлено, что применение уплотнений на поршневой приводе импульсного клапана неэффективно, а рациональная величина зазора меэду поршнем привода и стенкой составляет 0,1-0,5 мм; применение импульсного клапана с ударником для увеличения начальной скорости открытия клапана более эффективно, чем применение клапана с хвостоеиком;

количество выпускных отверстий при сохранении одинаковой сум-царной площади в наибольшей степени влияет на скорость открытия выпускного отверстия н соответственно на скорость нарастания давления над спесью, чей увеличение площади отдельного отверстия и сохранении их числа.

6. "оставлена программа расчета на ЭВМ оптимальных конструктивных параметров импульсных головок; на основании анализа расчетов выданы рекомендации на проектирование новых импульсных головок. Предложены варианты конструкций клапанов о отсечкой воздуха, позволяющих повышать КПД импульсных машин.

7. Новые импульс: ые головки с тарельчатым и мембранным клапанами внедрены на Дружковском машиностроительном заводе и Криворожском центральном рудоремонтном заводе; пакет программ рабочего процесса импульсных готовок передан ВНИйлитмаш для расчета проектируемых импульсных головок.

1. Орлов Г.М., Береианов П.И.- Клапаны импульсных формовс :ных машин // Литейное производство, №6, 1989. '

2. Орлов'Г.М., Благонравов о.П.-> Бережанов П.И. Клапаны пневмо-шпульсных формовочных машин.-Тезисы межреспубликанской научно-практической конференции. Чебоксары, IS89, с.125.

3. Орлов Г.М., Благонравов Б.П., Бережанов П.И. Импульсная головка,- Положительное решение на заявку на изобретение »4631083/31 <-т 16.12.88.

4. Орлов Г.М., Благонравов Б.П., Бережанов П.И. Импульсная головка.-Положительное решение на заявку на изобретение ¡64621365/31 от 16.12.88.

Список опубликованных работ: •