Диаграмма тангенциальных усилий

Диаграмма тангенциальных усилий – графическая зависимость тангенциального усилия (Н)в соединении коленчатый вал - шатун от угла поворота коленчатого вала.

Без учета потерь в кривошипно-шатунном механизме пресса танген­циальное усилие на шатунной шейке коленчатого вала и усилие прес­сования связаны равенством (рис. 77, а)

. (2.112)

где v _o – окружная скорость т. А, м/с; v _B – скорость перемеще­ния ползуна (штемпеля), м/с.

Рис. 77. Кривошипно-шатунный механизм: а) схема механизма; б) план скоростей

Из плана скоростей (рис. 76, б) по теореме синусов

,

отсюда

.(2.113)

Тогда, учитывая формулы (2.108) и (2.109) тангенциальное усилие на шатунной шейке коленчатого вала

. (2.114)

Для упрощения построения диаграммы тангенциальных усилий в форму- ле (2.114) не учтены силы инерции и трения, действующие в прессе.

Изменение усилия прессования при перемещении штемпеля в про­цессе образования брикета в штемпельном прессе задается диаграммой прессования.

Для получения значений углов поворота коленчатого вала и шатуна , соответствующих перемещению штемпеля , используют соотноше­ние размеров механизма пресса (рис. 77, а), пренебрегая смещением продольной оси ползуна относительно оси коленчатого вала (дезаксиалом)

,

отсюда

(2.115)

и

. (2.116)

Для построения диаграммы тангенциальных усилий от угла поворота коленчатого вала используется построенная ранее диаграмма прессования, например, приведенная на рис. 71, а, на которой достроены оси координат в натуральных значениях: усилие прессования F _пр (H) – перемещение штемпеля h _шт (м).

Диаграмму тангенциальных усилий для пресса с извест­ными размерами и строят в следующей последовательности.

По заданным значениям угла поворота коленчатого вала от 90° до 0° (практически прессование торфа в штемпельном прессе происхо­дит при угле поворота шатуна от 60° до 0°) и соотношению (2.115) вычисляют соответствующие им значения угла , а по формуле (2.116) – перемещение штемпеля .

Для каждого вычисленного перемещения h _шт по диаграмме прессования определяется значение усилия прессования F _пр., а по формуле (2.112) тангенциальное усилие F _т и в некотором масштабе и строится диаграмма тангенциальных усилий или , где r – смещениеоси шатунной шейки коленчатого вала относительно коренной шейки (радиус кривошипа); угол φ=360 ° соответствует длине окружности L = 2π r.

В начале обратного хода штемпеля на него воздействует усилие со стороны упруго сжатых в канале брикетов. С изменением направления усилия, действующего на штемпель, тангенциальное усилие во время упругого расширения брикетов тоже изменяет свой знак.

На рис. 78 построена диаграмма тангенциальных усилий для одноштемпельного пресса. Для двухштемпельного пресса на оси абсцисс для φ =360 ° располагаются две диаграммы, сдвинутые друг относительно друга на 180 °.

Площадь диаграммы прессования на участках прессования I и проталкивания II (рис. 71, а)пропорциональны затратам энергии привода на совершение этих работ. Работа, затраченная на упругое дефор­мирование частиц во время уплотнения материала, при упругом расши­рении брикетов (участок III рис. 71, а)через штемпель, ползун, шатун возвращается на привод и расходуется на разгон маховика. На диаграм­ме тангенциальных усилий эта работа пропорциональна площади, распо­ложенной ниже оси абсцисс.

Рис. 78. Диаграмма тангенциальных

усилий

Среднее значение тангенциального усилия штемпельного пресса за один оборот коленчатого вала

где и – соответственно площади диаграммы тангенциальных усилий при прессовании одного брикета, расположенные выше и ниже оси абсцисс; – число штемпелей в прессе; и – соответст­венно масштабы по осям абсцисс и ординат.

Масштаб , где – длина отрезка на оси абсцисс, соответствующая углу поворота коленчатого вала ( =360°).

По величине F _т.max производят прочностные расчеты элементов пресса, а по F _т.ср – расчет необходимой мощности двигателя привода и маховика, который является в приводе пресса аккумулятором энергии.

По диаграмме тангенциальных усилий можно проследить последова­тельность работы привода при уплотнении материала.

В начальный момент прессования при < электродвигатель развивает тангенциальное усилие на коленчатом валу, превышающее усилие, необ­ходимое для уплотнения материала.

По мере увеличения усилий прессо­вания и соответственно тангенциального > мощности электро­двигателя привода недостаточно для создания необходимой тангенциаль­ной силы.

Начиная с этого момента (т. , рис. 78) на уплотнение сушенки расходуется так же кинетическая энергия маховика. При этом частота вращения маховика и всего приводного механизма уменьшается до . Затем за счет упругого расширения брикетов (участок — ) и электродвигателя (участок - - ) потери кинетической энергии маховика компенсируются и маховик разгоняется до номинальной час­тоты вращения .

На рис. 78 заштрихованные площади соответствуют: ниже линии F _т.ср. – энергии, расходуемой двигателем пресса во время прессования, выше F _т.ср. – энергии маховика, израсходованной за этот период времени.

Незаштрихованная площадь диаграммы тангенциальных усилий – энергия электродвигателя привода, затраченная на разгон маховика до n _ном..

Коэффициент неравномерности хода

. (2.118)

Для торфобрикетных прессов принимается 1/50 1/100. Уменьшение коэффициента неравномерности позволяет обеспечить более равномерную работу пресса, но при этом требуется увеличение массы маховика.