Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса в промышленной пылеуборке 13
1.1. Задачи механизации процесса сбора и утилизации просыпи и пыли в промышленности строительных материалов 13
1.2. Анализ существующих мобильных пневмотранспортных установок 14
1.3. Актуальные задачи расчета и конструирования оборудования мобильных пневмотранспортных установок 17
1.4. Основные задачи расчета и конструирования воздуходувок высокого разрежения 21
1.5. Методики, цели и задачи исследований 27
1.6. Выводы 29
2. Методики расчета и конструирования оборудования мобильных пневмотранспортных установок 30
2.1. Обоснование направлений разработки энергоресурсосберегающих мобильных пневмотранспортных установок 31
2.2. Разработка методик расчета и конструкций эффективных заборных устройств мобильных пневмотранспортных установок 39
2.3. Разработка методики расчета воздуходувки высокого разрежения 55
2.4. Разработка опытно- промышленных конструкций воздуходувок высокого разрежения 76
2.5. Анализ расчетных характеристик и конструкций разработанных воздуходувок 90
2.6. Автоматизированное проектирование воздуходувок 94
2.7. Выводы 99
3. Экспериментальные стенды и исследования оборудования мобильных пневмотранспортных установок ... 100
3.1. Исследования насадков мобильных пневмотранспортных установок 100
3.2. Планирование эксперимента и регрессионный анализ экспериментальных данных исследования насадков 105
3.3. Исследования вибрации разработанной воздуходувки 111
3.4. Экспериментальный стенд и исследования воздуходувок 122
3.5. Обработка опытных данных исследования воздуходувок 139
3.6. Регрессионный анализ полученных характеристик воздуходувки 146
3.7. Выводы 149
4. Опытно- промышленная апробация выполненного комплекса разработок (насадков, манипуляторов, системы очистки воздуха, воздуходувок) 150
4.1. Разработка и апробация мобильной пневмотранспортной установки на базе грузового вагона 150
4.2. Разработка мобильной пневмотранспортной установки большой производительности 168
4.3. Перспективные направления применения разработанных воздуходувок 174
4.4. Выводы 178
5. Общие выводы и рекомендации 180
Литература 182
Приложения 200
- Анализ существующих мобильных пневмотранспортных установок
- Разработка методик расчета и конструкций эффективных заборных устройств мобильных пневмотранспортных установок
- Планирование эксперимента и регрессионный анализ экспериментальных данных исследования насадков
- Разработка мобильной пневмотранспортной установки большой производительности
Введение к работе
Цель работы: разработка, определение основных характеристик и опытно-промышленная апробация оборудования мобильных пневмотранспортных установок, обеспечивающих энергоресурсосбережение и расширение функциональных возможностей.
Задачи исследований:
1. На основе теоретического анализа определить основные направления расчета, конструирования и исследования МПУ.
Установить аналитические зависимости профилирования насадков МПУ.
Разработать методику расчета эксцентриситета и геометрических параметров виброустойчивого основания двигателя высокоскоростного ременного привода воздуходувки мобильных пневмотранспортных установок.
Получить уравнения расчета аппроксимированных безразмерных аэродинамических характеристик насадков, центробежных колес и воздуходувки в целом.
Создать новые экспериментальные стенды, испытать и получить характеристики опытно- промышленного оборудования МПУ.
Выполнить промышленную апробацшо разработанных методик и оборудования мобильных пневмотранспортных установок.
Научная новизна представлена:
аналитическими зависимостями профилирования насадков МПУ различных типов, обеспечивающими учет характеристик собираемого материала;
математическими выражениями для расчета эксцентриситета и геометрических параметров виброустойчивого основания двигателя высокоскоростного ременного привода воздуходувки, обеспечивающими автоматическое натяжение ремня за счет его реактивного момента в зависимости от величины передаваемого крутящего момента и тяговой способности ремня;
уравнениями для расчета аппроксимированных безразмерных аэродинамических характеристик насадков, центробежных колес и воздуходувки в целом;
полученными характеристиками энергоресурсосберегающего опытно- промышленного оборудования мобильных пневмотранспортных установок на разработанных экспериментальных стендах, а также в производственных условиях.
Автор защищает разработанные:
методики расчета, конструирования, испытания и оборудование опытно- промышленных мобильных пневмотранспортных установок, экспериментальные стенды и аэродинамические приборы для их исследования;
аналитические зависимости профилирования насадков МПУ различных типов, обеспечивающие учет характеристик собираемого материала;
аналитические выражения для расчета эксцентриситета установки двигателя и геометрических параметров виброустойчивого основания высокоскоростного ременного привода воздуходувки;
уравнения для расчета аппроксимированных безразмерных аэродинамических характеристик насадков, центробежных колес и воздуходувки в целом;
методики и результаты проведенных аэродинамических исследований, полученные характеристики опытно- промышленных образцов МПУ на разработанных экспериментальных стендах, а таюке в производственных условиях.
Достоверность результатов обусловлена комплексностью подхода к решению поставленной проблемы и основных положений, с использованием традиционных физичесішх законов и аэродинамических исследований с подтверждением расчетных характеристик опытных и промышленных образцов МПУ на разработанных и изготовленных экспериментальных стендах и приборах, а также в производственных условиях использованием современных методов исследований и измерений, обработкой математическими и статистическими методами.
Практическая значимость работы заключается в создании на основе анализа теоретических и экспериментальных исследований нового оборудования мобильного исполнения, которое заменяет несколько стационарных установок, расширяющего рабочий диапазон и функциональные возможности, с гибким подбором устройств под оперативно меняющиеся производственные условия. Своевременный сбор пыли позволяет исключить накопление и падение глыб слежавшегося материала и связанные с этим аварии оборудования и травмы персонала, механизировать и автоматизировать процесс удаления и утилизации пыли без потери его свойств. По результатам работы получено 30 изобретений.
Реализация результатов работы. Полученные результаты разработок и исследований внедрены в ОАО «Белгородское ППЖТ», транспортного комплекса ЗАО «Белгородский цемент», могут использоваться в промышленности стройматериалов, энергетике, коммунальном хозяйстве, горных, металлургических, химических и других отраслях.
Полученные результаты разработок и исследований используются в учебном процессе БГТУ им. В.Г. Шухова при изучении дисциплин: «Теплотехника» специальности 190205- Подъемно- транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование; «Процессы и аппараты технологии строительных материалов», для специальности 270205- Автомобильные дороги и аэродромы; «Насосы, вентиляторы, компрессоры», «Гидравлические машины и компрессоры», специальности 140105- Энергетика теплотехнологий.
Апробация работы. Полученные результаты разработок и исследований доложены и получили одобрение на Всесоюзной научно- технической конференции: «Обеспыливание технологических процессов в промышленности строительных материалов» (Москва, 1984), на Всесоюзной научно- технической конференции: «Ускорение научно- технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии» (Белгород, 1987), в двух докладах на Всесоюзной научно- технической конференции: «Борьба с пылью на предприятиях по переработке сыпучих материалов» (Белгород, 1990), в двух докладах на III международной научно-практической конференции: «Проблемы экологии: наука, промышленность, образование» (Белгород, 2006), в двух докладах на международной конференции: «Техническое обеспечение буровзрывных работ» (Белгород, 2007).
По теме диссертационной работы опубликовано 24 работы, в изданиях рекомендованных перечнем ВАК- 3, получено 26 свидетельств на изобретения и 4 патента. Материалы опубликованы на сайте БГТУ им. В.Г. Шухова: .
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и общих выводов, изложенных на 199 страницах машинописного текста, содержащих 87 рисунков, 21 таблицу, а также списка литературы из 222 наименований и 18 приложений на 46 страницах.
Анализ существующих мобильных пневмотранспортных установок
Пневмотранспорт широко распространен в промышленности строительных материалов. Так практически весь объем выпускаемого цемента, транспортируется в силосы готовой продукции с помощью пневмотранспорта.
Пневмотранспортные установки различают на всасывающего, всасывающе-нагнетательного и нагнетательного действия.
В последние годы был выполнен значительный объем научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию пневмоуста-новок для разгрузки цемента и других сыпучих материалов из вагонов и барж.
Пневморазгрузчики сыпучих материалов всасывающе- нагнетательного действия успешно сочетают преимущества установок всасывающего и нагнетательного типов, хорошие санитарно-гигиенические условия труда для обслуживающего персонала, высокую производительность, большую дальность подачи, широкий диапазон перемещаемых пылевидных и мелкозернистых материалов.
Анализ пневморазгрузчиков отечественного и зарубежного производства показывает, что установки нагнетательного действия не обеспечивают необходимых санитарно-гигиенических условий работы, создавая значительную запыленность воздуха. Основными недостатками пневморазгрузчиков всасывающего действия являются ограниченная дальность транспортирования и высокая удельная энергоемкость.
Наиболее прогрессивный вид пневморазгрузчика сыпучих материалов - установки всасывающе- нагнетательного действия, полностью удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к данному виду оборудования. Выполненные исследования позволили сделать вывод о целесообразности применения в их конструкции дистанционно управляемых самоходных заборных устройств, причем наиболее прогрессивным является питатель с перфорированными дисками [7].
Принципиальная схема разгрузчика всасывающе- нагнетательного действия приведена на рис. 1.1 [7].
Пневморазгрузчик состоит из самоходного заборного устройства 1, всасывающего материалопровода 2, указателя уровня 3, камеры фильтров 4, шкафа электрооборудования 5, нагнетательного материалопровода 6, обратного клапана 7, механизма выгрузки 8, вакуум-насоса 9, смесительной камеры 10.
Технические характеристики отечественных пневморазгрузчиков сыпучих материалов всасывающе- нагнетательного действия приведены в приложении 1.
Разгружаемый материал, подаваемый дисковым питателем к соплу заборного устройства, поступает по всасывающему рукаву в корпус шнека осадительной камеры, из которого выдается напорным шнеком механизма выгрузки в смесительную камеру. Сжатый воздух, поступающий в смесительную камеру через микропористую перегородку, аэрирует материал и перемещает его по нагнетательному трубопроводу к месту выдачи.
Атмосферный воздух, поступавший вместе с материалом в осадительную камеру, очищается, проходя через рукавные фильтры, и выбрасывается вакуум-насосом в атмосферу.
Пневматические разгрузчики цемента из железнодорожных вагонов моделей ТА-26, ТА-27, ТА-32, ТА-33, и ТА-37 выпускаются С- Петербургским заводом строительных машин.
Пневморазгрузчики цемента выпускаются многими зарубежными фирмами: американскими «Fuller», «Vac-u-Vator» и «Dunbar Kapple», английской «Spenser», шведскими «Atlas Сорсо» и «Interconsult», немецкими «Neuro» и «Peters», швейцарской «Biiller», бельгийской «Vigan» и др.
Наиболее простую конструкцию имеют пневмотранспортные установки всасывающего действия. Комплекты отечественных и зарубежных пневмораз-грузчиков цемента, (не только их заборные устройства), могут передвигаться по рельсам или жестком ходу, имеют большую массу, энергозатраты и стоимость, ограниченный радиус действия. Приведенные на рис. 1.1 и приложении 1 вакуум-насосы потребляют воду, в холодный период времени требуют отапливаемого помещения, что не всегда технически возможно на открытых пром-площадках.
Конструктивное исполнение пневморазгрузчиков в виде башенного крана и большая масса заборника ограничивает их мобильность и делает для них невозможную пространственную уборку труднодоступных мест внутри помещения.
Задача создания новых высокопроизводительных конструкций в технике вообще и промышленных пылеуборочных машинах, в частности, достаточно актуальна. Общие вопросы конструирования рассмотрены в работах Орлова П.И., Анурьева В.И., Ачеркана Н.С., Никитина Ю.М., Скубачевского Г.С., Малова А.Н., Касиловой А.Г., Мещерякова Р.К., Сидорова М.Д. и др. [10-14]. Разработка методик расчета и конструирования опытных и промышленных образцов оборудования мобильных пневмотранспортных установок является новой актуальной и быстроразвивающейся областью техники [15-19].
При создании различных установок рекомендуется придерживаться следующих универсальных правил, достаточно подробно изложенных в [13,14].
Стандартными стадиями конструкторской разработки предусматривается выполнение следующих этапов: 1) разработка технического задания, 2) разработка технического предложения, 3) разработка эскизного проекта, 4) разработка технического проекта, 5) разработка рабочей документации проекта с корректировкой результатов после заводского изготовления и испытаний опытного образца, 6) разработка рабочего проекта установочной серии, 7) разработка рабочего проекта серийного производства. Т.е. сама по себе законченная конструкторская разработка достаточно трудоемка и требует большого опыта и высокой квалификации исполнителей: разработчиков, изготовителей, наладчиков которую можно приобрести только на доводке реальных проектов, конструкций и испытаниях.
Разработка методик расчета и конструкций эффективных заборных устройств мобильных пневмотранспортных установок
Рассмотрим комплекс оптимальных конструктивных и технических решений оборудования мобильных пневмотранспортных установок, позволяющих обеспечить эффективное энергоресурсосбережение в промышленной пылеуборке по всем элементам системы, по ходу движения воздуха.
С этой целью нами разработаны 17 конструкций пылеуборочных насадков, из них 11 конструкций с подтверждением их изобретениями [62-72]. Были разработаны также 4 аналитические зависимости для расчета проточной части насадков, которые приведены на рис. 2.6. Предлагаемые конструкции насадков обеспечивает эффект «сбривания» входящим в насадок потоком воздуха слоя пыли, исключающим ее колебание, что обеспечивает снижение энергозатрат в насадке. При оптимальной проточной части разработанные насадки имеют простую конструкцию, выполненную в сечении в виде гнутого короба с крышкой, обеспечивающего минимальное количество сварки и пайки, высокую прочность, герметичность и малую массу. Выбранная конструкция позволяет изготавливать насадки из тонкого коррозионно-стойкого оцинкованного листа толщиной 0,5 мм, обеспечивающего товарный вид насадка, высокую работоспособность, минимальную массу и себестоимость, удобство в работе.
В производственных условиях иногда приходится сталкиваться с насадками для ручной уборки, выполненными электросваркой из стального листа или трубы толщиной 3 мм, которые затрудняют их использование из-за их большой массы.
Разработанные математические зависимости профилирования проточной части насадков обеспечивают минимальное гидравлическое сопротивление за счет плавного изменения его сечения от входа к выходу при различных конфигурациях проточной части насадка. Поскольку трение покоя, больше чем трение скольжения, а в насадке пылеуборочной установки происходит отрыв и разгон материала из состояния покоя, поэтому для насадков характерно повышенное гидравлическое сопротивление. Насадок в пылеуборочной установке является инструментом, который быстро изнашивается, поэтому предлагаемые нами конструкции, с простыми формулами профилирования насадков, повышают надежность и уменьшают энергозатраты в пылеуборочной установке.
При выводе формулы АС 1412728 [62] использовались следующие аналитические выражения: площадь всасывающей щели, (см. рис. 2.6 а, г): где А- половина длины всасывающей щели; В- половина ширины корпуса на выходе воздушного потока; С- длина корпуса; Н0- ширина всасывающей щели на входе воздушного потока; Q - текущая координата длины корпуса; Н;- текущая координата ширины всасывающей щели, Sp площадь текущего сечения.
Выполнение формы крышки по кривой, описываемой указанной формулой, обеспечивает равномерность распределения расходной составляющей воздушного потока по поперечным сечениям насадка, т.е. позволяет, исходя из постоянства расхода воздуха через насадок и равенства площадей всасывающей щели, поперечных сечений насадка вдоль текущей координаты СІ И всасывающего патрубка, сократить гидравлическое сопротивление насадка вследствие ликвидации резких переходов по площади от сечения к сечению. Формула выбрана из необходимости построения формы образующей крышки насадка и профиля прямых стенок и учитывает взаимосвязь между размерами высотой всасывающей щели Н0 и ее длиной 2А, длиной корпуса С и шириной корпуса, насадка на выходе воздушного потока 2В. Линия, описываемая переменной координатой Н;, представляет собой геометрическое место точек гиперболической кривой, а сама переменная координата Ні используется для определения площади S поперечного сечения насадка в качестве ширины сечения на уровне произвольной переменной - задаваемой координаты СІ, используемой для определения длины сечения.
Насадок для очистки плоских поверхностей (рис. 2.6 а, г) содержит связанный с всасывающим патрубком 1 корпус 2 с крышкой 3, образующие всасывающую щель 4, закрепленный на корпусе 1 нож 5 для разравнивания пыли и связанную с корпусом 2 и размещенную за ножом 5 по ходу перемещения насадка полку 6, образующую с обрабатываемой поверхностью канал 7 для забора воздуха из атмосферы. Полка 6 имеет изогнутую по лемнискате форму. Угол Р между касательной, проведенной к дуге сопряжения корпуса 2 с полкой 6, и обрабатываемой поверхностью равен 10-12. Крышка 3 изогнута в сторону продольной оси насадка по кривой, описываемой уравнением, приведенным выше.
Вывод формулы профилирования насадков АС 1489716 [65] осуществлен из следующих ниже аналитических преобразований.
Планирование эксперимента и регрессионный анализ экспериментальных данных исследования насадков
Отличительной особенностью разрывной машины Р-5 является широкий и плавно регулируемый диапазон скоростей и перемещений, возможность автоматической записи усилий и перемещений, что позволяет автоматизировать и проводить эксперимент в интерактивном режиме.
Недостатком разрывной машины Р-5 является достаточно высокий уровень шума гидравлической системы под нагрузкой до 100-107 Дб, на низких частотах 63-125 Гц. Однако при испытании насадков машина использовалась на холостых режимах с пониженным уровнем шума составляющим для разрывной машины 83-88 Дб. Для понижения уровня шума разрывной машины Р-5 необходимо использовать звукоизолирующее помещение, регулярно очищать фильтр гидравлической системы, при необходимости можно заменить пластинчатый насос гидросистемы на менее малошумный осеально- поршневой или винтовой насос.
Измерение времени уборки пыли производилось с помощью электронного секундомера наручных часов с точностью до 1 сек. Преимуществом электронно го секундомера наручных часов является удобство, компактность, одновременный контроль времени проведения, калибровка показаний по целым минутам и отсчет текущего времени эксперимента.
При исследованиях насадка применялся формовочный песок ГОСТ 2138-74, группы 063, грубой крупности с основным остатком на ситах: 1; 0,63; 0,4 мм сред-ней насыпной плотностью 1500 кг/м , в количестве 10 кг. Измерение массы песка осуществлялось на настольных циферблатных весов ВНЦ- 10 с точностью до 5 г. Общий вид насадка для уборки куч и результаты его испытаний представлены на рис. 3.2.
Угол раскрытия конуса корпуса насадка, равный 30-60, выбран из условия обеспечения минимального гидравлического сопротивления насадка на входе и его свободного самопогружения под действием собственного веса в убираемую пыль.
При проваливании насадка в убираемый материал происходит поступление материала через верхний край корпуса, что нарушает аэродинамику пылевоз-душного потока, снижает производительность и может привести к «захлебыванию» насадка.
Эффективность уборки насадка для куч достигается за счет формирования вихревого движения воздуха лопатками в полости насадка, чем достигается интенсивный унос пыли. Наиболее эффективный вихрь образуется в диапазоне схода воздушного потока с лопатки 30-60. При уменьшении угла наклона лопаток ниже 30 эффективность вихря снижается, а при увеличении свыше 60 вихрь начинает скользить по убираемой поверхности, сильно закручивая воздух во всасывающем патрубке и увеличивая его гидравлическое сопротивление, кривая 4 (рис. 3.2).
Патрубок 3 в нижней части имеет равномерное сужение, уменьшающееся в сторону обрабатываемой поверхности, что обеспечивает плавный разгон пылевоз-душного потока. Площадь наименьшего по поперечному сечению участка патрубка составляет 50-90% площади его поперечного сечения, кривая 2 (рис. 3.2).
Площадь кольцевого зазора между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью патрубка на уровне этого участка составляет 0,8-1,0 его площади. Минимальное гидравлическое сопротивление насадка обеспечивается оптимальным распределением скоростей. Это достигается небольшими скоростями на входе в конфузор и плавным увеличением скорости воздушного потока до максимальной в зоне отрыва и уноса частиц пыли за счет сужения конфузора, т.е. там, где необходимы максимальные энергозатраты, кривая 3 (рис. 3.2). Этому же способствует также расположение нижнего торца патрубка на расстоянии 0,2-0,5 его диаметра от нижнего торца корпуса, поскольку сокращение этого расстояния меньше 0,2 диаметра патрубка препятствует формированию вихря и увеличивает сопротивление насадка. Увеличение этого расстояния свыше 0,5 диаметра патрубка не позволяет вихрю эффективно захватывать частицы материала, кривая 1 (рис. 3.2). По материалам исследований получено 2 изобретения [63, 66]. Всего было разработано 17 конструкций, пылеуборочных насадков, из них на 11 конструкций получены изобретения [62-72].
Целью экспериментального исследования насадков является определение влияния геометрических параметров насадков на его производительность и получение статистической модели — уравнения, связывающего эти параметры.
Традиционно для наглядности и достоверности результата эксперимента по очереди изменялся один из факторов, а остальные при этом оставались неизменными. Длительное время этот метод оставался основным, т.к. обеспечивал объективно максимальную, а не среднестатистическую достоверность, при которой возможен планируемый разброс значений. Причем в эксперименте зачастую непросто получить предполагаемый положительный результат, и даже наиболее вероятен отрицательный результат, который составляет большую часть экспериментальных исследований, а для установления однозначной за висимости необходима тщательная отработка, многократная проверка и калибровка эксперимента. Смысл научной деятельности состоит в большом объеме поисковых работ по 4-м десяткам основных направлений (табл. 1.1), которые в свою очередь содержат несколько десятков частных направлений дальнейшей достоверной оптимизации. Наличие изменений нескольких факторов эксперимента по очереди значительно увеличивает общий объем экспериментальных исследований. При изменении нескольких факторов одновременно для уменьшения материальных и трудовых затрат, что особенно часто диктуется условиями испытания мощных и дорогостоящих экспериментальных и промышленных установок, необходимо применять методы математического планирования и статистического анализа эксперимента, используя технологию «черного ящика», без раскрытия физики и механики процесса. Впервые методы математического планирования и статистического анализа эксперимента применены в сельском хозяйстве в 20-х годах 20 века Р. Фишером, развиты позже в 50-х годах Дж. Боксом в химической технологии. В России основы моделирования физических процессов заложены в 20-х годах Н.Н. Павловским, эти работы получили развитие в 60-е годы в работах В.В. Налимова, в 70-е годы в работах В.В. Кафарова, Ю.П. Адлера, В.В. Федорова, Ю.П. Пытье-ва и др. [116,117].
Разработка мобильной пневмотранспортной установки большой производительности
Конструирование привода рабочих колес воздуходувок многогранно и не имеет однозначного решения. В главе 2 были рассмотрены конструкции разработанных воздуходувок с ременным, электромеханическим приводом, высокочастотным электроприводом, турбоприводом. Наиболее простым по конструкции приводом и широко применяемым в вентиляторах и воздуходувках является ременной привод.
Для высокоскоростных устройств большое значение имеет виброустойчивость конструкции, поскольку для ременных передач, особенно плоскоременных, при вибрации шкива наблюдается проскальзывание, сползание и соскакивание ремня со шкива, что делает передачу неработоспособной, а ремень может истираться и повреждаться кромкой шкива.
Виброустойчивость особенно актуальна для самонатяжных передач, имеющих пониженную жесткость из-за наличия зазоров в самонатяжном устройстве. При испытании разработанной воздуходувки нами были разработана методика и проведены исследования разработанной конструкции автоматического натяжения ремня на виброустойчивость.
Конструкция устройства автоматического натяжения ремня выполнена с упругими щеками. Упругие щеки компенсируют неизбежные температурные деформации пространственной схемы устройства и устраняют зазор при работе, что обеспечивает жесткость и надежность в эксплуатации. Нами разработано, изготовлено и испытано 5 типов новых устройств натяжения ремня, на 3 из них получены изобретения [87,88,89].
Разработанная методика исследования на виброустойчивость плоскоременного привода воздуходувки включает в себя следующие ниже этапы. I. Без электродвигателя проводилось измерение деформации упругой щеки 1 основания электродвигателя индикатором часового типа 3, ИЧ 0-10 ГОСТ 5.77-68. Индикатор часового типа ИЧ 0-10 позволяет измерять перемещения в диапазоне 1 10 мм с точностью до 0,01 мм. Упругая щека при этом предварительно деформировалась тарируемой нагрузкой с помощью винтового домкрата 4 (рис. 3.4 а). 2. Величина предварительной нагрузки щеки измерялась динамометром сжатия 2, ДОСМ-5, ТУ 25.06.590-76. Динамометр сжатия ДОСМ-5 позволяет осуществлять измерение усилия до 5000 кг, с точностью до 10 кГ. 3. Амплитуда вибрации основания двигателя в радиальном и осевом направлении измерялась с помощью пьезодатчиков типа Д13 (виброизмерительного прибора ВШВ-003). Технические характеристики прибора ВШВ-003 приведены ниже. Конструкция упругой щеки показана на рис. 3.5. 4. В результате испытаний установлено, что при увеличении силы упругости щеки устройства от 0 до 2500 кГ амплитуда вибрации основания двигателя в радиальном направлении уменьшилась с 6,10 мкм до .1,70 мкм, т.е. 3,4 раза, в осевом направлении амплитуда уменьшилась с 11,30 мкм до 4,40 мкм, т.е. 2,55 раза. Графическая зависимость амплитуды вибрации основания двигателя в зависимости от нагрузки щеки представлена на рис. 3.6. 5. После установки электродвигателя по известной величине деформации упругой щеки подвески основания электродвигателя, контролируемой часовым индикатором 3, устанавливалась необходимая величина нагрузки щеки с помощью шаровых гаек 2 (рис. 3.7 а). 6. При работе приводного электродвигателя заданное перемещение шаровых гаек фиксировалось контргайками. Предложенная конструкция автоматического натяжения высокоскоростного ремня воздуходувки в результате повышения ее виброустойчивости обеспечивает необходимые параметры работы передачи при оптимальном значении нагружения упругих щек в 2000 кг. 7. Для проверки разработанной нами формулы для определения эксцентриситета установки электродвигателя воздуходувки, конструкция щеки, показанная на рис. 3.5, позволяет производить плавное изменение его величины в продолговатых пазах щеки. Регулировочный и опорный шаровый узел щеки, с обозначением основных деталей, показан на рис. 3.7 б).
При первоначальной установке величины эксцентриситета установки электродвигателя без учета трения в опорных узлах разработанного самонатяжного устройства, наблюдалась неустойчивая работа ремня и его соскакивание. При установке величины эксцентриситета с учетом трения в опорных узлах самонатяжного устройства наблюдалась устойчивая работа ремня. Разница в величинах эксцентриситета с учетом трения и без учета трения в опорных узлах самонатяжного устройства составила 10 %, что свидетельствует о достаточной точности разработанной формулы определения эксцентриситета.
Определение вибрации основания двигателя осуществлялось с помощью комплекта виброшумоизмерительного прибора ВШВ-003. Общий вид прибора ВШВ- 003 и его основные комплектующие части представлен на рис. 3.8.
Прибор ВШВ-003 позволяет измерять шумовые и вибрационные характеристики и имеет технические параметры представленные в таблице 3.3.
Разница в величинах эксцентриситета с учетом трения и без учета трения в опорных узлах самонатяжного устройства составила 10 %, что свидетельствует о достаточной точности разработанной формулы определения эксцентриситета.
Балансировка скоростного ротора воздуходувки осуществлялась в 3 этапа по разработанной оригинальной методике. Вначале производилась статическая балансировка на специальном стенде разработанной нами конструкции. Затем производилась динамическая балансировка на пониженных в 2 раза по отношению к номиналу оборотах на вновь разработанной конструкции специальном стенде, за тем осуществлялась, при необходимости, контрольная балансировка непосредственно на стенде аэродинамических исследований на рабочих параметрах. Точность балансировки по каждому из 3-х этапов повышалась примерно в 2 раза.
Общий вид стенда разработанной конструкции для статической балансировки ротора воздуходувки с обозначением основных узлов приведен на рис. 3.9. Общий вид стенда для динамической балансировки приводного двигателя воздуходувки с обозначением основных узлов приведен на рис. ЗЛО. Особенностью разработанного стенда для статической балансировки является применение не традиционных ножей, а закаленных до высокой твердости HRC 63-64 и шлифованных Ra 0,32 круглых стержней из инструментальной стали Р6М5 диаметром 30 мм.
Применяемые стержни имеют малую шероховатость менее 1 мкм и высокую твердость до HRC 64. Принятая конструкция стержней обеспечивает точечный контакт при «звонком» упругом качении закаленной балансировочной оправки и высокую точность балансировки. Традиционные балансировочные ножи для статической балансировки из-за сложности и громоздкости конструкции обычно не подвергаются закалке и при балансировке с установкой краном тяжелых деталей часто повреждаются, а при появлении дефектов на линии качения их необходимо шлифовать, что для крупных ножей требует станочного оборудования больших габаритов.
В разработанной конструкции стенда для статической балансировки стержень имеет высокую твердость, а при появлении дефектов на линии качения стержень поворачивается на небольшой угол относительно продольной оси, не работавшей стороной, чем восстанавливается его геометрическая точность опорной поверхности. Поскольку точность круглого шлифованного стержня одинакова по всей цилиндрической поверхности, его работоспособность, по сравнению с традиционной конструкцией ножей, имеющих одну дорожку качения, возрастает многократно.