УДК 693.546.42

Подбор и анализ колебательных характеристик формовочного вибрационного стола

Пучков Алексей Романович – студент кафедры «Подъемно-транспортные системы» Калужского филиала Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)

Мокин Дмитрий Геннадьевич – кандидат технических наук, доцент кафедры «Подъемно-транспортные системы» Калужского филиала Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)

Аннотация: В статье рассматривается использование вибростола и его настройка для высококачественного приготовления песчано-смоляной смеси (ХТС), производительностью 3 тонны в час. ХТС – это процесс изготовления форм из холодно-твердеющих смесей. В состав смеси входят: песок, глина, твердеющие вещества или смолы. Данный способ литья наиболее безопасен для экологии. В процессе литья необходимо получить высококачественную отливку, поэтому задача по улучшению качества очень актуальна. Это требует совершенствование методики формования [1, с. 115]. Процесс предусматривает вибрационное уплотнение песчаной смеси в контейнерах. Наиболее перспективным направлением улучшения формования является улучшение настройки параметров вибрационного стола таких, как перемещение, скорость, ускорение и процент заполнения формы.

Ключевые слова: вибростол, конструкция вибростола, формовочный вибростол, вибростол формовочного комплекса, настройка вибростола, формовочный комплекс.

Для поиска наиболее подходящих кинематических характеристик вибрационного стола формовочного комплекса изначально сделана математическая модель виброколебаний части вибростола с грузом (рисунок 1) разных режимах.

image001

Рисунок 1. Расчетная схема вибростола с контейнером.

Свободные колебания вибростола с контейнером описываются уравнениями Лагранжа II рода [2, с. 244]:

image002, (1)

где

T, Π − кинетическая и потенциальная энергии колебательной системы;

t − время;

image003обобщенные координаты и скорости;

Ф – функция рассеивания энергии.

В качестве общих координат приняты координаты x, y, a центра масс колебательной системы.

Во время построения математической модели колебаний вибростола для исследования, были приняты следующие допущения:

  • рассматриваем только малые колебания;
  • сосредоточенный центр масс у контейнеров и вибростола;
  • у амортизаторов линейная характеристика восстанавливающей силы;
  • восстанавливающая сила имеет только вертикальную составляющую;
  • опорный фундамент абсолютно жесткий;
  • колебания спроецированы на плоскость из-за симметричности;
  • форма-контейнер установлена жестко на вибростоле;
  • вибратор создает возмущающую силу в вертикальной плоскости.

В процессе формовки масса контейнера меняется. Исходными данными для расчета является 2 типа контейнеров с массой формовочной смеси (песка) m1 = 200 кг и m2 = 400 кг [3, с.87]. По итогам вычислений, получили АЧХ для наших контейнеров m1 = 200 кг и m2 = 400 кг (рисунок 2). Результаты расчетов выполнены в программе Mathcad. Зона уплотнения формовочного песка находится в пределах 6,5 – 7,5 м/с2.

image004

Рисунок 2. АЧХ ускорений контейнеров 2-х типов.

Из полученных значений графика (рисунок 2) видны пределы необходимой настройки частоты вибродвигателя ИВ-99Б вибрационного стола для разных типов контейнеров для наиболее качественного уплотнения формовочной смеси [4, с. 45]. Также видны зоны частот, в которых формовочная смесь не будет иметь хорошего уплотнения, что скажется на качестве отливок.

Мной были получены графики для каждого из контейнеров (рисунок 3) и (рисунок 4) с неполной загрузкой песка: 25%, 50% и 75%. Результаты полученных значений занесены в таблицы 1 и 2.

image005

Рисунок 3. АЧХ ускорений контейнера m1 = 200 кг загрузкой.

image006

Рисунок 4. АЧХ ускорений контейнера m2 = 400 кг с загрузкой.

Таблица 1. Частотные диапазоны эффективного уплотнения песка в контейнере m1 = 200 кг.

Диапазон, Гц

Загруженность контейнера песком, %

25

50

75

100

начало

–

–

48

36

конец

–

–

50

46

 

Таблица 2. Частотные диапазоны эффективного уплотнения песка в контейнере m2 = 400 кг.

Диапазон, Гц

Загруженность контейнера песком, %

25

50

75

100

начало

–

36

23

21

конец

–

41,5

27,5

25

Из значений таблиц 1 и 2 видно, что при загрузке контейнера m1 = 200 кг с 25% и 50% загрузкой нет качественного формования песка в контейнере. При загрузке контейнера m2 = 400 кг с 25%, так же не происходит качественного уплотнения песка в контейнере, что свидетельствует о том, что данные формы не следует заполнять смесью. А при загрузке 75% и 100% (m1 = 200 кг) и 50%, 75% и 100% (m2 = 400 кг) есть возможность настраивать вибратор на нужный диапазон частот для наилучшего уплотнения смеси.

Список литературы

  1. Быховский, И.И. Основы теории вибрационной техники / И.И. Быховский. – М.: Машиностроение, 1968. – 362 с. 123.
  2. Гончаревич И. Ф. Теория вибрационной техники и технологии / И. Ф. Гончаревич, К.В. Фролов. – Москва: Наука, 1981. – 320 с.
  3. Трухов А.П. Технология литейного производства: Литье в песчаные формы: учеб. пособие для вузов / А.П.Трухов, Ю.А. Сорокин, М.Ю. Ершов и др. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 528 с.
  4. Мокий, М.С. Методология научных исследований [Текст]: учебник / М.С. Мокий, А.Л. Никифоров, В.С. Мокий; под ред. М.С.Мокия. - М.: Изд-во Юрайт, 2015. – 255 с.
  5. Рыжков, И.Б. Основы научных исследований и изобретательства. [Электронный ресурс]: учебное пособие / И.Б. Рыжков. – СПб.: Лань, 2013. – 224 с. – Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/30202.
  6. Спиваковский, А.О. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства / А.О. Спиваковский, И.Ф. Гончаревич. – М.: Машиностроение, 1972. – 328 с.

Интересная статья? Поделись ей с другими: