冶金机械设计手册第七篇.pdf
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1、! ! ! ! “ “ “ “ 第第第七七七篇篇篇 铸造机械设计 第一章型砂紧实机构设计 第一节气动微震机构设计 气动微震机构因具有高效、 节能、 减震, 以及可以实现压震, 利用动压实力等特点, 被广泛 用于微震压实造型机和多触头高压造型机中。按支承结构的不同, 气动微震机构可以分为弹 簧微震机构和气垫微震机构两大类。表 ! “ # “ # 中列出两种微震机构的性能对比。 表 ! “ # “ #两种微震机构性能对比 技术性能弹簧微震机构气垫微震机构 刚度调节需更换弹簧调节气垫压力 预压力调节范围调节范围小调节范围大 震击力变化幅度基本不变可在较大范围内变化 震击强度较强较弱 震击频率较低较高
2、 对起模的影响起模时有浮动起模时无浮动 维修工作比较容易密封件易损坏 制造加工大弹簧制造困难对同心度要求较高 一、 气动微震机构示功图分析 对气动微震机构震击效果的判别, 广泛应用示功图分析法, 即绘制微震机构一次震击循环 的示功图, 然后求出单位活塞面积的撞击比能 $ 和撞击效果 ($ “ $%) ) % ( 5*+(+?!1(+2*(+*.2# 2+0AB. +, 则 #$% #)*%* /(0 1 + 1 7) 这种工况下的示功图如图 0 1 + 1 7 所示。图中点 $ 位于阻力线外侧, 阻力线左移, 因此震 铁向下运动的速度较快, 进气不充分, 使曲线 +2$6 左移。当震铁上行时,
3、 由于气垫反力小, 使 震铁以小的运动速度与工作台撞击, 撞击效果差。这种工况反映在示功图上是长的排气行程 !“#$ 和陡峭的封闭曲线。 图 ! “ # “ $ !% “/1 ; 公司高压造型机$1/1 ; “11 ; 211,211 $42/2“112“1$1 9: 公司高压造型机$/11 ; $(11 ; 。 !“#$ 气垫初始压力 !“对震击效果有显著影响, 图 # $ % $ # 是不同气垫压力时的示功图, 有关 数据列在表 # $ % $ 0.?%4/4 ./40.%0/#44%#/4 ./640?/5) 2(! “ # “ #-) 式中9- 预压缩量, 其值等于$#; 5、 5、
4、4 5 震铁的位移, 速度和加速度; 5- 余隙高度; 5# 、 5 ? 进气孔和排气孔位置的坐标; !“# !“#$ 符号函数, 当%! * 37 3 * ) 1( ! ( ? !*) 1*! ( 1 () ( * (- , * , *) 将式 (- , * , *8) 、(- , * , *) 代入式 (- , * , *=) 右侧, 得 3 35 (7 !* ) ) /0 /0! ( 1* 1 () ( * 3 * * , *时 !“#$ !“#!“$“ % 表达式 / 值 压力比值 9 表达式 /%“/“/%.7)5 0 及震击缸内气体压 力 # 为常量。对式 (1 2 $ 2 ) 2
5、 之差就是撞击力。动静比是动压实力与静压实力的比值。 1) 平均碰撞冲量 3?A, 即一次震击循环时间内的平均碰撞冲量。 微震机构对型砂的紧实作用主要在压震阶段, 预震只对型砂起初步紧实和填砂均匀化的 作用。在压震时, 震铁以一定的速度撞击工作台, 将动能传给砂箱中的型砂, 使其紧实。显然, 撞击速度越大, 撞击时间越短, 撞击动量就越大, 紧实效果越好。从撞击能量考虑则有 6 “ 67 9 2 39 (B : #“ B7:#) :./9 因为 B7#2 0B#, 所以上式可写成 6 “ 67 9 2 39B: # (# “ 0:) :./9 (! “ # “ :$) 在撞击瞬间, 下列等式成
6、立 4 = 2 4 4 2 # D 4 !“#$ 由以上各式可以看出, !“ 、 ! #、 $ 与 % 范围内变化时, 衡量指标的差 异可达到 (8 #“;2 4 () * + * ,?) 从以上分析可以看出, 当液压系统的工作压力 及流量 4 选定后, 若活塞的有效工作面 积 2 变化, 则活塞推力和活塞移动速度都会改变; 如果各工序的工作行程 ;一定, 则整个造型 循环时间, 或造型机的生产率也因之改变。为满足压实实砂的工艺和生产率要求, 而又避免选 !“#$ 用高压、 大流量的液压泵造成浪费, 在压实造型机中多采用增速油缸或组合油缸。 !“ 有增速油缸的压实机构 现以 #$!% 垂直分型
7、无箱射压造型机为例, 说明增速油缸的作用及其设计问题。该机主 油缸 (见图 9 活塞面积08*+, 流量 8 #“(. - #(0 %= 根据资料介绍, 每平方米砂型面积需消耗自由空气 中的一组曲线。由此可知, 不同的抛掷指数 !, 即不同的起抛角“,获得的飞跃角# )不 同, 因而铸型与栅床的碰撞点也不同。 表 3 2 ?* “, BCD(*?5A *?3)4 *?;4 *?&;3 *?)5 *?;4 *?3; *?A54 B (E)*?* ?5 #) BCD(?A5;?43A5?)A4 B (E) ?*)? (二) 铸型与栅床弹性碰撞时的运动分析 在落砂机工作时, 铸型与栅床的碰撞多是弹性
8、碰撞。如果在栅床的每一振动周期中, 铸型 !“#! 图 ! “ # “ $抛掷指数 % 与飞跃角!) 式 (3 ) 是关于 “ 的一般表达式, 但是当 7 $ 1 时则要应用式 (3 9)=) ? # =)( =) =“ !“# 图 ! “ # “ $%冲击式振动落砂机工作原理 图 ! “ # “ $) 冲击振动落砂机容许铸型质量变化范围大, 而且#可以大于 $, 这一点与普通惯性振 动落砂机不同。因为在这种落砂机中, 铸型是放在冲击架上并不参与振动, 而且铸型的落砂一 是靠栅床对铸型的冲击作用, 二是靠铸型被抬起后在下落时与冲击架的碰撞作用, 所以即使铸 型质量大抬起不高, 甚至抬不起来,
9、则至少还有栅床对铸型的冲击落砂作用。国内设计的冲击 式振动落砂机的#值一般取为 ; : %。 (.) 冲击式振动落砂机因在近共振区工作有振幅扩大现象, 因此在同样铸型的情况下, 所 需激振力比普通惯性振动落砂机小。设激振力及栅床的振动微分方程分别为 ?“ #*+, “= 0 3=; 9 物料颗粒作用于槽底的正压力, 9 # 5 (,“ -,“4) : 56()%#) # 槽体工作面的倾角, 向下输送时取 “ : ” 号, 向上输送时取 “ - ” 号。一般向下倾角 为# 8= =?“。物料在抛掷期间所经历 的相位角称为飞跳角% :, 因此%:%$:!:; $ ) $ 振动输送机的生产率 ? (
10、:3) 为 ? 7 .,3A6 % 式中3 料层厚度,3 为 5, 一般不得大于料槽高度的 (, % ) 式中 # 频率比,#“ ! !.; !. 系统固有频率,!.“ - 6 -. !5 ; = 阻尼比, = “ 7 *5!.。 由式 () ( * ( )) 知 12$“ 9 (# * (9 (# *)* 6 (*=#) ! * 代入式 () ( * ( );) 得 !“#“ ! “ #$% (# ) 如取主振弹簧刚度 $ + ;“ #, 则这时 5 + , 正压力 ? 6 , 将式 (- ) + ) .-) 中的! 7值代入公式 ? 6 (;7 ( ; 7=) ( A% (9) “#! “
11、+; (9) #.!-; (9) -*? 在 7 轴和 8 轴的分量为 ;7- 6 7及 ;8外, 还有与加速度方向相反的筛体惯性力 6 ?=7 和 6 ?= 8, 与速度方向相反的阻尼力 6 A7 和 6 A8, 与位移方向相反的弹性力 6 B77 和 6 B88。根据动静法, 在振动的每一瞬时这些力的和应为零, 即 (? 9 ) 由式 (1 . 2 . 3(;) 可以很容易地计算出 -) 如 $ % (, 则有 -) 知 : 6 1“ # )./0! , 也就是需要一定的“值, 而亚共振区的“ %8“, 因此 7*值势必增加。 弹簧刚度增加后, 传给基础的动载荷也因之增加。而且在本区域工作
12、时, 振动筛的振幅不够稳 定。 图 ! “ # “ :单轴惯性振动筛的幅频响应曲线 #) 共振工作状态当“ ! 7* “ 4 5 2 6“%时, 振幅将急剧增大, 在“6“%时为共振状态。 :) 过共振工作状态当“8 7* “ 4 5 2 6“%时, 则“愈增加振幅愈减小。如 (4 5 2) “ #7*, 则在利用式 (! “ # “ $% : 0! () (! # (*; : (#$) ! # 机器在未隔振时传给基础的动裁荷幅值显然就是激振力幅值 隔振系数计算线图 !“#$ 隔振系数的计算线图见图 ! “ # “ $%, 对该图进行分析, 可得出下述结论。 78 :/+“8 (*8 “为常数
13、) 所得结果完全相 同。现按匀加速运动推导。式 (, ) - ) 4) 可写作 “#!(“ 6 289) ) *2!“ 将初始条件 “ # “3 , ! “# !“3代入上式得 “#! (“ 36 289) ) *2!“3 (, ) - ) %4) 因为!* “) !*“3# *“ (“ ) “3) 所以!“#*“(“ ) “3) 6 !* “ “3 (, ) - ) %/) ( # (!“) !“3 ) ? “ (, ) - ) %) !“#$ 这种近似计算方法也很简单, 并考虑了摩擦的影响, 准确度有所提高, 较前一种方法进了 一步, 但仍不理想。 四、 精确计算式及准精确计算式 这是一种
14、最新计算方法。它利用两个辅助函数导出关于 ! 的精确表达式, 形式简单, 可以 达到所要求的任何精确度, 并可使用微机进行计算。 按式 (“ # $ # %) 的形式, 建立两个辅助函数 6 ! !4 ;+1“7+ +“ 7! + ( (! “ # “ #+) 砂块由 7(到 7+相对运动时间按式 (! “ # “ #?) 为 * 1 ( “6 7+,AB# 5C 7+ +“ 7! + ( 7+ (“ 7+!6 1 ( “6 7+,AB# 5C 7+ +“ 7! + ( 7+ (“ 7+B86+#!5 (! “ # “ #) !“!# 图 ! “ # “ $砂块形状 图 ! “ # “ !砂块
15、抛出速度及方向 在这段时间内叶轮转角为 !%“) , 得 $# /!%8989!(#!( 因此 %#* / #!(*!(# ( 图 ) * + * ,抛出速度变化 (忽略摩擦阻力) 示意图 以上推导表明, 如果砂块质心的旋转半径 !“符合式 () * + * +,) 的条件 (抛出速度最小) , 则 砂块将铅直向下抛出。实际上因砂块同叶片有摩擦, 砂块本身亦非刚体, 所以有一定误差, 但 对抛砂头参数的确定, 仍有重要参考价值。 二、 抛砂头参数的选择和确定 抛砂头参数直接关系到抛砂机的工作性能和型砂紧实质量, 因此正确地确定这些参数是 非常重要的。这些参数包括生产率, 砂块抛出速度, 叶轮直
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- 冶金 机械设计 手册 第七
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