DYNAMIKA GŁOWICY IMPULSOWEJ Z SAMOCZYNNYM, PNEUMATYCZNYM ZAWOREM IMPULSOWYM

Transkrypt

1 DYNAMIKA GŁOWICY IMPULSOWEJ Z SAMOCZYNNYM, Tadeusz MIKULCZYSKI 1 Danel NOWAK 2 Zdzsław SAMSONOWICZ Instytut Technolog Maszyn Automatyzacj Poltechnk Wrocławskej 1. Wstp. Obecne do zagszczana klasycznych, bentontowych mas formerskch s stosowane nemal wyłczne metody dynamcznego prasowana. Mona do nch zalczy zagszczane mpulsowe oraz dynamczne prasowane płyt lub głowc [1]. Cech charakterystyczn tej grupy metod jest dynamczne oddzaływane (w bardzo krótkm czase, rzdu klku ms) czynnka zagszczajcego strumena spronego powetrza lub płyty prasujcej na mas formersk. Dynamczne prasowane masy pozwala na uzyskwane bardzo due szybkoc deformacj masy w rezultace jej efektywnego zagszczana. Tak sposób zagszczana umolwa wykorzystane tksotropowych włacwoc kwarcowo-łowych mas formerskch do osgana bardzo wysokego stopna ch zagszczana. Podstawow zalet metod dynamcznego zagszczana mas formerskch jest wysok jednorodny stope zagszczena masy formerskej w całej objtoc formy. Ocena dynamk optymalzacja konstrukcj głowc mpulsowych oraz do dynamcznego prasowana płyt wymaga przede wszystkm znajomoc ch model matematycznych oraz wynków bada symulacyjnych tych model. Ta praca jest powcona prezentacj głowcy mpulsowej z samoczynnym, pneumatycznym zaworem mpulsowym, która została opracowana w Laboratorum Podstaw Automatyzacj Instytutu Technolog Maszyn Automatyzacj Poltechnk Wrocławskej. W Laboratorum Podstaw Automatyzacj opracowano take model matematyczny dynamk tej głowcy [2,3]. Wynk bada symulacyjnych oraz eksperymentalnych dynamk omawanej głowcy mpulsowej wadcz o jej bardzo duej dynamce wewntrznej, o której decyduje przede wszystkm dynamka pneumatycznego zaworu mpulsowego. Ponej zaprezentowano głowc mpulsow z samoczynnym, pneumatycznym zaworem mpulsowym, jej model matematyczny oraz wynk bada eksperymentalnych symulacyjnych. 2. Zasada dzałana głowcy mpulsowej z samoczynnym, pneumatycznym zaworem mpulsowym. Schemat głowcy mpulsowej z samoczynnym, pneumatycznym zaworem mpulsowym przedstawono na rys Prof. dr hab. n. 2 st. technk 91

2 Odlewnctwo XXI weku technologe, maszyny urzdzena odlewncze Rys.1. Schemat jednostopnowego procesu mpulsowego. Głowca mpulsowa składa s z nastpujcych podzespołów: zbornka akumulacyjnego spronego powetrza, zaworu mpulsowego ZI, zaworu sterujcego (rozdzelajcego). Głównym podzespołem głowcy mpulsowej jest zawór mpulsowy, który jest zbudowany z nastpujcych elementów: cylndra, tłoka dwustopnowego, tłumka sprynowego. Cylnder zaworu ZI ma na swom obwodze otwory wylotowe, przez które nastpuje wylot spronego powetrza ze zbornka akumulacyjnego do przestrzen technologcznej. Cylnder ma ponao otwory w dne, przez które nastpuje napełnane zbornka akumulacyjnego głowcy mpulsowej. Dwustopnowy tłok zaworu ZI spełna dwe funkcje: stanow element zmykajcy krócec wylotowy głowcy, pozwala na gwałtowne otwarce otworu wylotowego głowcy. Przygotowane do pracy głowcy mpulsowej polega na doprowadzenu spronego powetrza za ródła, poprzez zawór rozdzelajcy przewód rurowy do komory cylndra zaworu ZI, dalej przez otwory w dne cylndra do zbornka akumulacyjnego. Osgnce w zbornku akumulacyjnym zadanej wartoc cnena p0 spronego powetrza oznacza stan gotowoc głowcy do pracy. W kolejnej faze procesu mpulsowego moe zosta zancjowana praca głowcy, która rozpoczyna s po przesterowanu zaworu rozdzelajcego. Zmana jego połoena 92 Nowa Sól r.

3 powoduje połczene komory cylndra zaworu ZI z atmosfer. W nastpstwe tego nastpuje gwałtowny spadek cnena w przewodze rurowym komorze cylndra zaworu ZI, co powoduje, e na tłok zaworu zaczyna oddzaływa sła F=p0(SB-SA), gdze: SA SB powerzchne stopn tłoka. W wynku oddzaływana sły F tłok zaczyna s przemeszcza w gór komory cylndra zaworu ZI. Mnmalne odejce tłoka z pozycj wyjcowej powoduje zman wartoc sły oddzaływujcej na tłok. W tym momence warto sły oddzaływujcej na tłok jest równa F=p0SB, co oznacza gwałtowny przyrost wartoc sły na tłoku. W efekce prowadz to do bardzo duego przyspeszena tłoka nemal natychmastowego otwarca wylotu zbornka akumulacyjnego głowcy mpulsowej. W trzecej faze pracy głowcy mpulsowej nastpuje wyrównane cne spronego powetrza w zbornku akumulacyjnym przestrzen technologcznej. Samoczynne zamknce zaworu mpulsowego powoduje ustane sygnału (mpulsu) sterujcego zawór rozdzelajcy. 3. Model matematyczny głowcy mpulsowej. Głowca mpulsowa jest urzdzenem pneumatycznym, dlatego model jej dynamk pownen stanow układ równa rónczkowych opsujcych: przemany gazowe w poszczególnych komorach, zachodzce podczas jej pracy oraz równane ruchu tłoka zaworu mpulsowego. Model matematyczny dynamk głowcy mpulsowej sformułowano przyjmujc nastpujce załoena upraszczajce: powetrze jest gazem doskonałym, procesy termodynamczne maj charakter quas statyczny, ne ma wymany cepła mdzy gazem znajdujcym s w komorach głowcy otoczenem, opory tarca w uszczelnenach s pomjalne małe, temperatura powetrza w komorach głowcy jest stała. Uwzgldnajc powysze załoena upraszczajce, dynamk głowcy mpulsowej mona opsa nastpujcym układem równa rónczkowych: 2 d x A1 ( p2 p3) c ( x + y0 ) m1 g = m1 2 (1) κ R T G 1 dp1 = V 1 (2) κ T G V R 2 2 = 2 dp (3) κ p s x dx G R T A = dp 3 (4) 93

4 Odlewnctwo XXI weku technologe, maszyny urzdzena odlewncze w którym: m 1 masa elementów ruchomych zaworu mpulsowego, x współrzdna połoena tłoka zaworu ZI, y 0 ugce wstpne (montaowe) spryny zaworu mpulsowego, c sztywno spryny, p 1, p 2, p 3 cnene absolutne, odpowedno w komorach: zbornku akumulacyjnym, przestrzen technologcznej powrotnej zaworu mpulsowego A 1 pole powerzchn tłoka, s skok tłoka, g przyspeszene zemske, wykładnk adabaty, G natene wypływu powetrza z -tej komory, R stała gazowa powetrza, T temperatura powetrza zawartego w przestrzen technologcznej zbornku akumulacyjnym. V 1 objto przestrzen technologcznej, V 2 objto zbornka akumulacyjnego, Zaleno okrelajca natene G wypływu powetrza z -tej komory ma nastpujc posta: G 1 = K α f p ϕ R T ( ε ) w której:, współczynnk natena przepływu powetrza, f, powerzchna przekroju poprzecznego otworu wylotowego z -tej komory. ε = p p a, K 2 κ = κ 1 p cnene powetrza w -tej komorze, p a cnene atmosferyczne. ϕ( ε ) = 0,2588 dla 0 < ε 0,53 ε 2 / κ ε κ + 1/ κ dla 0,53 < ε 1. Poszczególne równana rónczkowe opsuj: równane (1) jest równanem ruchu tłoka zaworu ZI, równana (2) (4) stanow modele przeman gazowych, odpowedno w komorach zbornka akumulacyjnego, komorze roboczej zaworu mpulsowego, przestrzen technologcznej. Ocen dynamk oraz dobór optymalnych warunków pracy głowcy mpulsowej mona dokona na podstawe wynków bada symulacyjnych, przedstawonego wyej jej modelu matematycznego układu równa rónczkowych (1) (4) 94 Nowa Sól r.

5 Rozwzujc układ równa (1) (4) mona okrel osg głowcy mpulsowej oraz welkoc charakteryzujce optymalne warunk jej pracy. Ponao, wynk bada symulacyjnych mog słuy do projektowana optymalzacj konstrukcj głowc mpulsowych z pneumatycznym zaworam mpulsowym. 4. Badana symulacyjne eksperymentalne dynamk głowcy mpulsowej. Badana realzowano w nastpujcych etapach: w perwszym etape przeprowadzono badana symulacyjne opracowanego modelu matematycznego głowcy mpulsowej, w nastpnym etape wykonano badana eksperymentalne dynamk głowcy mpulsowej, Badana symulacyjne dynamk głowcy mpulsowej zrealzowano dla głowcy, któr charakteryzuj nastpujce parametry: objto zbornka akumulacyjnego V 0 =50 dcm 3, skok tłoka zaworu mpulsowego s=50 mm, masa elementów ruchomych zaworu mpulsowego m 1 =1,9 kg, rednca otworu wylotowego zaworu mpulsowego d 1 =12 mm rednca otworu wylotowego głowcy mpulsowej d 2 =100 mm Badana symulacyjne modelu matematycznego dynamk głowcy mpulsowej przeprowadzono w rodowsku Matlab-Smulnk, przyjmujc nastpujce warunk pocztkowe: współczynnk przepływu powetrza =1, wykładnk adabaty =1,4, temperatura powetrza -tej komory T=298 K, stała gazowa powetrza R=287 m 2 /s 2 K przyspeszene zemske g=9,81m/s 2. Badana symulacyjne zrealzowano przyjmujc trzy róne wartoc cnena pocztkowego p 0 =0,4-0,5-0,6 MPa w zbornku akumulacyjnym głowcy, oraz objto przestrzen technologcznej V1=10 dcm 3. a) 95

6 Odlewnctwo XXI weku technologe, maszyny urzdzena odlewncze b) c) Rys.2. Zalenoc zman cne w przestrzen technologcznej p1 w zbornku akumulacyjnym p2 wyznaczone podczas bada symulacyjnych eksperymentalnych z uycem rónych wartoc cnena p 0 : 0,4 MPa (a), 0,5 MPa (b), 0,6 MPa (c). Na rysunku 2 zaprezentowano zalenoc zman cne: w przestrzen technologcznej p1 zbornku akumulacyjnym p2 uzyskane podczas bada symulacyjnych modelu matematycznego dynamk głowcy mpulsowej zrealzowanych z uycem rónych wartoc cnena pocztkowego p0 spronego powetrza w zbornku akumulacyjnym. Na rysunku 2 zameszczono take wynk bada eksperymentalnych. Na podstawe uzyskanych wynków bada symulacyjnych eksperymentalnych dynamk głowcy mpulsowej z samoczynnym, pneumatycznym zaworem mpulsowym mona stwerdz, e opracowany model matematyczny dynamk głowcy bardzo dobrze opsuje jej dynamk. wadcz o tym rónce, neprzekraczajce klku procent, wartoc przebegu zman cnena w przestrzen technologcznej w funkcj czasu wyznaczone na podstawe bada symulacyjnych eksperymentalnych. 96 Nowa Sól r.

7 5. Zakoczene. Zaprezentowany model matematyczny dynamk głowcy mpulsowej z samoczynnym, pneumatycznym zaworem mpulsowym, który stanow układ równa rónczkowych, stanow podstaw do bada symulacyjnych dynamk głowcy. Wynk bada symulacyjnych opracowanego modelu matematycznego umolwaj wyznaczene wpływu podstawowych parametrów podzespołów głowcy zaworu mpulsowego, zbornka akumulacyjnego, tp. na jej dynamk. Mog zatem stanow podstaw do projektowana optymalzacj konstrukcj głowc mpulsowych maszyn formerskch. Jako opracowanego modelu matematycznego zweryfkowano na podstawe analzy wynków bada symulacyjnych tego modelu oraz bada eksperymentalnych dynamk głowcy. Stwerdzono, e model matematyczny bardzo dobrze, dla praktyk, opsuje dynamk głowcy mpulsowej. wadcz o tym neznaczne, meszczce s w zakrese klku procent, rónce wartoc przebegów zman cne spronego powetrza w wybranych komorach głowcy. Opracowany model matematyczny głowcy mpulsowej moe stanow podstaw do opracowana modelu matematycznego procesu mpulsowego zagszczana mas formerskch. 6. Lteratura. 1. GREGORASZCZUK M., Maszynoznawstwo odlewncze, Kraków, AGH, BOGDANOWICZ J., MIKULCZYSKI T., Influence of selected factors on effectveness of ar mpulse mouldng, Archwum Budowy Maszyn, 1999, vol. 46, nr MIKULCZYSKI T., BOGDANOWICZ J., The assessment of effectvenness of mouldng sands of a sngle-valve mpulse head, Acta Metalurgca Slovaca, 1998, 2. 97