5. Расчет выбивных решеток

5.1. Общие сведения о выбивных решетках

Наиболее распространенным способом выбивки литейных форм и стержней в современных условиях является выбивка на выбивных решетках.

По роду привода современные механические выбивные решетки подразделяются на эксцентриковые – с приводом от механизма шатунно-кривошипного типа, инерционные – с приводом от вала с дебалансом и ударные инерционные, наносящие снизу удары по установленным неподвижно выбиваемым крупным формам (рис. 5.1) [6, с. 406 – 408; 3, с. 232 – 236].

Рис. 5.1. Схемы механических выбивных решеток:

а – эксцентриковая; б – инерционная; в – ударная инерционная; 1 – рама; 2 – опорная пружина; 3 – полотно решетки; 4 – выбиваемая опочная форма; 5 – муфта; 6 – подшипник; 7 – эксцентриковый вал; 8 – инерционный вал; 9 – дебалансная

масса; 10 – опора

5.2. Расчет эксцентриковых решеток

Расчет этих выбивных решеток можно выполнять без учета и с учетом отражения выбиваемой формы при соударении с решеткой. Режим работы решетки может быть обычным и оптимальным.

Рассмотрим сначала вариант № 1 – расчет выбивной решетки без учета отражения груза при оптимальном режиме работы решетки.

Выбиваемый груз – это (в общем случае) опока или две опоки в сборе, заполненные уплотненной смесью, стержнями и блоком отливок.

Исходным показателем для расчета является требуемая величина е_о.э.р, Н · м/Н (Дж/Н), удельной энергии удара (т.е. живой силы удара) опоки о решетку, отнесенной к 1 Н падающих частей (т.е. к 1 Н выбиваемой набивки литейной формы) при оптимальном режиме [6, с. 414]. Например, для выбивной решетки модели 422 е_о.э.р = 0,0183486 Н · м/Н (в книге при расчете выбивных установок [6, с. 410] е_о.эр =

= 0,018 Н · м/Н). Для безопочных форм ввиду отсутствия трения смеси о стенки опок и сводообразования энергию е_о рекомендуется применять в меньших пределах, чем для опочных форм [2, с. 270].

На основании требуемого значения е_о определяем оптимальную угловую скорость ω_{эв.б.отр}, с^-1, эксцентрикового вала без учета отражения [6, с. 414]:

ω_{эв.б.отр} = π . (5.1)

Для выбивной решетки модели 422

ω_{эв.б.отр} = 3,14 = 102,678 с^-1.

(в книге [6, с. 408] ω_{эв.б.отр} = 102,1 с^-1).

Далее вычисляем эксцентриситет, м, приводного вала [6, с. 413]

а = (5.2)

или

а = , (5.3)

где ε_опт – оптимальный фазовый угол отрыва опоки от решетки, …° (ε_опт = 17 ° 40´ = 17, 667 ° [6, с. 413]).

При отрыве опоки от решетки в фазе ε_опт и соударении опоки с решеткой также в фазе ε_опт осуществляется оптимальный режим колебаний решетки с максимальной энергией соударений [6, с. 412]. Такой режим называется синфазным периодическим движением опоки и решетки с периодом в один цикл колебаний решетки.

Для выбивной решетки модели 422 по формулам (5.2) и (5.3) эксцентриситет

а = = 0,00307 м ≈ 3,07 мм;

а = = 0,00307 м ≈ 3,07 мм.

(в книге [6, с. 408] а = 3 мм).

После этого вычисляем мощность, Вт, привода эксцентриковой выбивной решетки без учета энергии отражения

N_{экс.б.отр} = , (5.4)

где G_фор – вес выбиваемой формы, Н (т.е. общий вес опоки, уплотненной смеси, стержней, отливок и элементов ЛПС, Н).

η_экс – механический КПД решетки, который учитывает потери в передаче и в амортизаторах (η_экс = 0,60 –

0,75 [6, с. 423]).

По формуле (5.4) можно определять мощность N_экс для безопочных форм [2, с. 270].

При расчете по варианту № 2 т.е. с учетом отражения формы при ударе о решетку и оптимальном режиме ее работы, исходным параметром будет суммарная или обобщенная удельная энергия, Н · м/Н,

е_э.р = е_о.э.р + е´_э.р , (5.5)

где е´_э.р – живая сила, или энергия отражения при отскоке заполненной опоки от решетки этой же выбиваемой опоки (G_фор), Н· м/Н [6, с. 420].

Величину е_эр можно также вычислить по формуле

[6, с. 421]

е_э.р = е_о.э.р(1 + R²), (5.6)

где R – коэффициент восстановления скорости заформованной опоки при ударе ее о решетку;

R = - , (5.7)

где V_оп.1, V_оп.2 – абсолютная скорость заформованной опоки до и после удара о решетку, м/c.

Скорости V_оп.1 и V_оп.2, как правило, не вычисляют, а принимают R = 0,12 – 0,25 [6, с. 415].

На основании известных значений е_э.р, е_о.э.р и е´_э.р можно определить оптимальную угловую скорость ω₂, с^-1, эксцентрикового вала с учетом энергии отражения по формуле [2, с. 270]

ω_эв.отр = , (5.8)

где К_экс – коэффициент, учитывающий соотношение между числом оборотов эксцентрикового вала и числом соударений заформованной опоки о решетку (К_экс = 1 – 2) [2, с. 270];

или по формуле [6, с. 421]

ω_эв.отр = . (5.9)

Затем вычисляем эксцентриситет, м, приводного вала при оптимальном режиме выбивки полуформ [6, с. 420].

а = , (5.10)

Мощность, Вт, привода эксцентриковой выбивной решетки при учете энергии отражения [6, с. 423; 2, с. 270]

N_{экс.отр} = · . (5.11)

В книгах [4, с. 246 – 247; 11, с. 613 – 614] приводятся сведения об эксцентриковых одновальных выбивных решетках, указанных в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Технические характеристики эксцентриковых одновальных выбивных решетках

Параметр	Модель решетки
	421	422М	423
1	2	3	4
Грузоподъемность, Н	10 000	16 000	25 000
Размеры полотна, мм: длина ширина	1 250 1 000	1 600 1 250	2 000 1 600
Пределы наклона решетки, …°	0 – 6	0 – 6	–
Число наклонных положений решетки	3	4	–
Количество резиновых амортизаторов или пружин	8	8	8

Продолжение табл. 5.1

1	2	3	4
Эксцентриситет вала решетки относительно оси вращения, мм	3	3	3
Амплитуда колебаний, мм	6	6	6
Частота вращения вала (частота колебаний полотна решетки), мин-1	800	830	830
Установленная мощность электродвигателя, кВт	2,8	4,5	7,5
Габаритные размеры, мм: длина ширина высота	1 875 1 440 615	2 260 1 900 800	2 355 2 230 960
Масса, кг	880	1 100	2 900

5.3. Расчет выбивных инерционных

решеток

5.3.1. Основные разновидности

инерционных решеток

Выбивные инерционные решетки по типу вибратора делятся на одно- и двухвальные, т.е. с одним или двумя вращающимися инерционными валами, создающими колебания рабочего полотна решетки.

По способу транспортирования груза инерционные решетки подразделяются на решетки без транспортирования и с транспортированием выбиваемой формы (опоки, блока отливок) вдоль своего полотна в процессе выбивки (рис. 5.2 [8, с. 289]).

Инерционный вал состоит (упрощенно) из опорной и дебалансной частей. Опорными частями вал закрепляется и вращается в подшипниках, а дебалансные части могут быть с постоянными или сменными дебалансными (неуравновешенными) массами – дебалансами. По этой причине инерционные валы называются дебалансными. Постоянные дебалансы и опорные части вала сделаны в виде одной детали (например цельнолитой). Сменные дебалансы представляют собой сменные диски, надетые на цилиндрические части вала.

Рис. 5.2. Принципиальная схема выбивной

инерционной решетки с двухвальным

вибратором направленного действия:

1 – основание; 2 – пружинные (или резиновые) опоры; 3 – корпус; 4 – полотно решетки; 5 – вибратор; 6 – инерционные

(дебалансные) валы; 7 – дебаланс (дебалансная масса)

Одновальный вибратор называется вибратором кругового действия, так как при работе одного дебалансного вала полотно решетки совершает круговые колебания.

В двухвальном вибраторе валы вращаются с одинаковой угловой скоростью – один по часовой, другой против часовой стрелки. Валы могут быть сбалансированными или несбалансированными (т.е. разбалансированными) один по отношению к другому. У сбалансированных валов во время вращения центры тяжести (ЦТ) дебалансных масс одновременно пересекают отрезок О₁ О₂ или его продолжения (см. рис. 5.2); у несбалансированных валов – не одновременно. Подчеркиваем, что это происходит при одинаковых угловых скоростях вращения обоих валов.

Двухвальный вибратор называется вибратором направленного действия, поскольку наибольшая возмущающая сила P = P_max (см. рис. 5.2), создаваемая этим вибратором, имеет лишь одно направление – в сторону полотна решетки. Величина силы P_max получается суммированием векторов сил Р_1.max и Р_2.max , создаваемых соответственно первым и вторым дебалансными валами.

Линия действия силы P_max проходит через середину отрезка О₁О₂. У вибраторов со сбалансированными дебалансными валами вектрор силы P_max перпендикулярен отрезку О₁О₂, у вибраторов с несбалансированными валами вектор P_max направлен под углом γ к отрезку О₁О₂ (γ =

= 25 – 40° [2, с. 271]).

Направление и величину силы P_max можно регулировать относительно поверхности полотна решетки двумя способами [8, с. 291]. При горизонтальном положении полотна решетки и сбалансированных дебалансных валах можно, во-первых, отрезок О₁О₂ располагать под разными углами к поверхности полотна решетки, например, под углом γ (см. рис. 5.2). Во-вторых, можно разбалансировать валы, т.е. изменить угловое положение (повернуть) одного вала по отношению к другому. После этого не обязательно наклонять отрезок О₁О₂ относительно полотна решетки.

Если сила P = P_max направлена под некоторым углом γ к горизонтальному полотну решетки, то эту силу можно разложить на две составляющие силы – вертикальную Р_в и горизонтальную Р_г (см. рис. 5.2 [8, с. 288 – 292; 299 – 300]). Выбиваемая форма при каждом соударении с решеткой подбрасывается на высоту, пропорциональную силе Р_в и летит вперед на расстояние, пропорциональное силе Р_г. Такие решетки называются решетками с транспортированием форм.

В решетках без транспортирования форм полотно распологается горизонтально, а возмущающая сила P_max, создаваемая двумя сбалансированными валами, направлена перпендикулярно поверхности полотна. Естественно, что форма подбрасывается и падает перпендикулярно полотну решетки практически в одном и том же месте.