ANALIZA KINEMATYKI MECHANIZMU ZAWIESZKOWEGO W OCZYSZCZARKACH WIRNIKOWYCH

Transkrypt

1 76/22 Archives of Foundry, Year 2006, Volume 6, 22 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2006, Rocznik 6, Nr 22 PAN Katowice PL ISSN ANALIZA KINEMATYKI MECHANIZMU ZAWIESZKOWEGO W OCZYSZCZARKACH WIRNIKOWYCH R. WRONA 1, E. ZIÓŁKOWSKI 2, M. ŚLAZYK 3 Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Mechanizacji, Automatyzacji i Projektowania Odlewni, Wydział Odlewnictwa, Kraków, ul. Reymonta 23 STRESZCZENIE W oczyszczarkach wirnikowych mechanizm zawieszkowy służy do mocowania i wprowadzania odlewów do komory oczyszczania. Mechanizm wykonuje ruch posuwisto zwrotny po torze jazdy oraz ruch obrotowy względem własnej osi. Od kinematyki ruchu i konstrukcji zawiesia zależy skuteczność oczyszczania odlewów. W artykule przedstawiono wyniki analizy trajektorii ruchu zawiesia na tle geometrii strumieni śrutu. Określono strefy, w których oczyszczanie odlewów jest najbardziej efektywne. Wyniki badań będą wykorzystane w procesie projektowania nowej konstrukcji mechanizmu zawieszkowego. Key words: hanger mechanism, rotor cleaners 1. WPROWADZENIE W oczyszczarkach wirnikowych zawieszkowych efektywność oczyszczania odlewów zależy od konstrukcji turbin rzutowych i ich usytuowania w komorze oraz od konstrukcji mechanizmu zawieszkowego i jego charakterystyki ruchowej. Wyrzucane z turbin strumienie śrutu tworzą przestrzeń, w zasięgu której powinny znajdować się odlewy. Zawieszane na zawiesiu odlewy zmieniają swoje położenie względem strumieni śrutu zależnie od kinematyki mechanizmu zawieszkowego. W całym tym procesie dąży się do zsynchronizowania działania strumieni śrutu na odlewy z ruchem przejezdno-obrotowym zawiesia. Na skuteczność oczyszczania odlewów, oprócz 1 prof. dr hab. inż., rwrona@agh.edu.pl 2 dr inż., ez@agh.edu.pl 3 mgr inż., mslazyk@agh.edu.pl

2 563 parametrów dynamicznych strumieni, ma wpływ geometria kształtu strumieni w płaszczyźnie poziomej i pionowej oraz czas przebywania odlewu w przestrzeni strumieni śrutu. Czas ten zależy od trajektorii ruchu zawiesia i konstrukcji ramion na których zawieszane są odlewy. 2. ANALIZA KOMPUTEROWA STREFY DZIAŁANIA STRUMIENI ŚRUTU Z TURBIN RZUTOWYCH Badaniem objęte były turbiny ułożone na dwóch poziomach określonych jako górny i dolny. Efekt działania strumieni zarejestrowano na fotogramie powierzchni ścieranych uzyskanych na ekranie badawczym (rys. 1). Rys. 1. Powierzchnia efektywnego działania skoncentrowanego i rozproszonego strumienia śrutu z wirnika dolnego i górnego Fig. 1: The surface area of the effective action of the concentrated and scattered stream of the shot from the lower and upper wheel Na powierzchni ekranu zarysowały się dwa ślady strumieni skoncentrowanych z obu turbin i obszary strumieni rozproszonych. Z obrazu powierzchni wynika, że strugi

3 564 śrutu są niejednorodne. Zróżnicowana barwa na powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej świadczy o tym, że strumienie skoncentrowane mają większą siłę uderzenia śrutem w ekran od siły uderzenia strumieni rozproszonych. Następstwem takiego zjawiska będzie zróżnicowana skuteczność oczyszczania odlewów znajdujących się w przestrzeni działania strumieni skoncentrowanych i rozproszonych. W kolejnym etapie badań fotogramy powierzchni ścieranych poddane analizie graficznej z uwzględnieniem wymiarów i konstrukcji mocowania turbin na ścianie komory, przekształcono w pełną geometrię kształtu strumieni. Do analizy graficznej zastosowano programy komputerowe Corel Photo Paint oraz Corel Draw, których zaletą jest duża wydajność przy obróbce zdjęć cyfrowych jak również możliwość korygowania kolorów i tonacji. W wyniku komputerowej obróbki fotogramów wykreślono całkowitą szerokość strefy działania strumieni (rys. 2), w której wyróżniają się dwa rozdzielne strumienie skoncentrowane i strumienie rozproszone nakładające się od wewnątrz, natomiast rozdzielnie na zewnętrznych strefach. A B Rys. 2. Szerokość strefy działania śrutu z wirnika górnego A i dolnego B: 1 - strefa strumienia skoncentrowanego, 2 - strefa strumienia rozproszonego, 3 - ekran badawczo-pomiarowy, 4 - tor jazdy zawiesia Fig. 2. The width of the surface area of the upper (A) and lower wheel (B) shot action: 1 - the action area of the concentrated stream, 2 the action area of the scattered stream, 3 - the research- measuring screen, 4 - the path of the hanger movement Całkowita szerokość strefy działania strumieni (oczyszczania) jest bardzo ważna, gdyż od niej zależy określenie długości toru przesuwu zawiesia względem

4 565 wirników oraz długość ramion do zawieszania odlewów. Tym samym programem komputerowym wyznaczono wysokość strefy działania strumieni w płaszczyźnie pionowej. A hc 1 Z B 2 Rys. 3. Wysokość całkowitej strefy działania śrutu z wirnika A i B. hc- wysokość strefy intensywnego czyszczenia, 1- strefa strumienia skoncentrowanego, 2- strefa strumienia rozproszonego, Z- zawiesie. Fig.3. The height of the entire zone of the shot action from the wheels A and B; hc - the height of the intensive cleaning action zone, 1- concentrated shot stream zone, 2- diffuse stream zone of the, Z- hanger Wyrzucane strumienie śrutu obejmują swym zasięgiem całkowitą wysokość komory tworząc wyraźną granicę pomiędzy zarysami strumieni skoncentrowanych i rozproszonych. Pomijając powstałe wskutek odbicia cząstkowe strumienie, można przyjąć, że kształt całkowity tworzy figurę geometryczną w objętości której powinny znajdować się oczyszczane odlewy zawieszane na górnych, środkowych i dolnych ramionach zawiesia. 3. ANALIZA TRAJEKTORII RUCHU ODLEWU TESTOWEGO Mechanizm zawieszkowy, co wynika z jego konstrukcji, realizuje ruch posuwisto-zwrotny po torze jazdy oraz ruch obrotowy zawiesia względem własnej osi. W metodyce badań wytypowano jedno z ramion zawiesia ułożone w osi toru jazdy. Jako odlew przyjęto kostkę sześcienną, najbardziej reprezentatywny kształt do badań testowych. Podczas ruchu mechanizmu rejestrowano zmianę położenia odlewu

5 566 w funkcji czasu. Pomiary prowadzone były do momentu powrotu odlewu do pozycji początkowej. Posługując się programem do tworzenia grafiki komputerowej wykreślono punkty położenia odlewu testowego w kolejnych fazach ruchu. W programie graficznym, trajektorię ruchu odlewu testowego wyznaczono korzystając z operacji kopiowania, przemieszczania i obrotów utworzonych obiektów graficznych. Zmiany położenia odlewu na tle stref działania strumieni przedstawiono na rysunku 4 i 5. I II III Rys. 4: Zmiana położenia odlewu testowego jako efekt ruchu posuwistego i obrotowego zawiesia względem stref strumieni śrutu (etap I-IV). Fig.4. The position alteration of the test-casting as the effect of the translation and rotatory hanger movement in relation to shot streams zone ( the stage I to IV) IV

6 567 V VI VII VIII Rys. 5: Zmiana położenia odlewu testowego jako efekt ruchu posuwistego i obrotowego zawiesia względem stref strumieni śrutu (etap V-VIII). Fig.5. The position alteration of the test-casting as the effect of the translation and rotatory hanger movement in relation to shot streams zone ( the stage I to IV) Pełny cykl zmiany położeń obejmuje osiem etapów. Każdy etap to droga zawiesia w jednym kierunku, który zmienia się cyklicznie i jest uwarunkowany długością drogi przesuwania się zawiesia. Podczas ruchu odlew testowy przyjmuje

7 568 ściśle określone położenie i tym samym ustawione są ściany odlewu prostopadle, równolegle i ukośnie względem strumieni śrutu. Oznacza to, że w rzeczywistości strumień śrutu uderza w ścianę odlewu prostopadle i odbija się lub uderza pod innym kątem, wywołując składowe siły ścinające, styczne do powierzchni ściany odlewu. Taki charakter dynamiki zjawiska oddziaływania strumieni na odlew ma decydujący wpływ na efektywność procesu oczyszczania. W trakcie trwania cyklu ruchu odlewu występują miejsca położenia odlewu, które są poza strefą działania strumieni śrutu, oraz w strefie cienia utworzonej z innych odlewów. Analizując efektywność procesu szczególną uwagę należy zwrócić na położenie ścian odlewu bezpośrednio poddanych działaniu śrutu i zasłoniętych do których docierają tylko strumienie odbite. Z tych względów należy rozgraniczyć proces oczyszczania odlewów znajdujących się w przestrzeni pomiędzy wirnikami, a torem jazdy zawiesia oraz w przestrzeni pomiędzy torem jazdy a ścianą boczną w przestrzeni najdalej oddalonej od wirników. Zjawisko wzajemnego zasłaniania odlewów jest bardzo niekorzystne przy parzystej ilości ramion rozłożonych symetrycznie na obwodzie zawiesia. Również jednakowa długość ramion pogłębia to zjawisko. W konstrukcji ilość ramion powinna być nieparzysta na każdym poziomie. Ilość pięciu ramion uważa się za najbardziej korzystną. Układy ramion na każdym poziomie powinny być obrócone względem siebie o kąt ok PODSUMOWANIE Proces oczyszczania ściernego z zastosowaniem turbin rzutowych cechuje złożoność kinematyczna i dynamiczna. Złożoność ta wynika z metody wytwarzania strumieni śrutu, konstrukcji mechanizmów rzutowych jak i mechanizmu zawieszkowego. Zastosowanie metody rejestracji powierzchni ścieranych i metody analizy grafiki komputerowej daje pełne możliwości określenia przestrzeni oczyszczania utworzonej przez strumienie śrutu. Zintegrowanie przestrzeni działania strumieni śrutu z charakterystyką działania mechanizmu zawieszkowego jest główną funkcją do spełnienia w projektowaniu maszyn do oczyszczania odlewów tą metodą. LITERATURA [1] Z. Pączek, R. Wrona, E. Ziółkowski, M. Ślazyk, P. Zyzak: Badania i analiza procesu oczyszczania odlewów odlewanych metodą wytapianych modeli w oczyszczarce zawieszkowej OWH-1.0x1.5. Projekt celowy Nr ROW , Specodlew, AGH, Kraków(2005). [2] Program Corel Draw 12 PL

8 569 THE KINEMATICS ANALYSIS OF HANGER MECHANISM OF THE SHOT BLASTING WHEEL MACHINE SUMMARY The room hanger mechanism of shot blasting wheel machine is used for mounting and loading casting into the cleaning chamber. The mechanism performs a reciprocating movement on its path and a rotary motion towards its axis. The castings cleaning efficiency depends on the kinematics and construction of the hanger mechanism. The results of the movement trajectory analysis against the geometry of the shot stream were presented in the elaboration. The zones in which the castings cleaning is the most efficient were defined. The results of the research will be used in the process of designing of the new construction of the hanger mechanism. Recenzował Prof. Tadeusz Mikulczyński