4. Визначення параметрів насосної установки

Для привода поршневих пресів доцільне використання двох насосів: основного насоса високого тиску з порівняно невеликою подачею (далі Нвт), який працює під час екструзії; насоса низького тиску (Ннт) з великою подачею, який працює разом з основним при зворотному ході поршня й на ділянці ущільнення при ході поршня вперед. Робочий і максимальний тиск Нвт вибрані у попередньому розділі. Аналогічні показники Ннт повинні бути достатніми для подолання сил опору при перелічених вище рухах поршня. Численні вимірювання на різноманітних глинах свідчать про те, що достатнім є максимальний тиск Ннт q_гмахнт=3 МПа.

Потрібні подачі обох насосів можна знайти таким чином.

Потрібна кількість n робочих циклів преса у годину і тривалість циклу Т_ц: n=П/ z; Т_ц=3600/n,с. (8.71)

Цикл роботи поршневого преса містить рух поршня вперед на ділянці ущільнення тривалістю t_у, рух поршня вперед на ділянці екструзії тривалістю t_е, рух поршня назад, суміщений з відрізанням бруса й зштовхуванням його та різкою на окремі цеглини, тривалістю t_н:

Т_ц=t_у+t_е+t_н; t_у=L_у/V_у; t_е=L_е/V_е; t_н=(L_у + L_е )/V_н; (8.72)

де: V_у, V_е, V_н – середні швидкості руху поршня на відповідних ділянках, м/с.

Уведемо два коефіцієнти: співвідношення площ перетину робочої s_цф і штокової s_цш порожнин ГЦ К₁=s_цф/s_цш; співвідношення сумарної подачі насосів низького Q_н й високого Q_в тиску до подачі насоса високого тиску К₂=(Q_н+Q_в)/Q_в. К₁ визначений конструкцією ГЦ. Що стосується К₂, то його попередньо можна оцінити з умови споживання однакової потужності при роботі Нвт під час екструзії та сумісній роботі обох насосів на інших ділянках руху поршня:

N_е ≈ N_у ≈ N_н; q_гмахнт×(Q_н+Q_в)≈q_гмах×Q_в; К₂=(Q_н+Q_в)/Q_в=q_гмах/q_гмахнт. (8.73)

Середні швидкості на ділянках ущільнення та руху поршня назад можна виразити через швидкість на ділянці екструзії:

V_у=V_е×К₂, V_н=V_е×К₁ ×К₂ .

Після підстановки в (8.72) і перетворень отримуємо рівняння для визначення V_е:

V_е=L_е/Т_ц1+L_у/(Т_ц1×К2)+(L_у + L_е )/(Т_ц1×К₁ ×К₂), (8.74)

де Т_ц1=(0,8÷0,9)Т_ц – тривалість циклу, зменшена з урахуванням тривалості операцій відрізання та зштовхування, а також спрацьовування елементів системи керування.

Швидкість руху бруса V_б не повинна перевищувати допустиму [V_б], яка для більшості глин знаходиться у інтервалі (0,08÷0,14)м/с, інакше при формуванні можливі дефекти структури бруса, особливо на початку екструзії [45]:

V_б=V_е×К_уф≤[V_б]. (8.75)

Якщо умова (8.75) не виконується, то треба зменшувати продуктивність пресу.

Для забезпечення V_е потрібна подача Нвт:

Q_в=Q_в=V_е×z_ц×s_цф, м³/с. (8.76)

Потрібна сумарна подача насосів низького Q_н й високого Q_в тиску -

Q_Σ=Q_н+Q_в=Q_в×К₂; потрібна подача Ннт -

Q_н=Q_Σ–Q_в. (8.77)

Швидкість руху штока ГЦ V_н не повинна перевершувати максимально допустиму [V], при якій забезпечується довговічність манжет. При використанні серійних манжет [V]=(0,15÷0,3) м/с.

V_н=10⁶×Q_н/z_ц×s_цш≤[V], м/с. (8.78)

Якщо умова (8.78) не виконується, то треба зменшувати продуктивність пресу або встановлювати у ГЦ спеціальні манжети.

Тривалість руху поршня назад повинна бути достатньою для виконання операцій відрізання та зштовхування. Сумарна мінімальна тривалість цих операцій з урахуванням включень елементів і розгону становить, по результатах вимірювань, [t_мΣ]=(4÷6)с:

t_н=(L_у + L_е )/V_н≥[t_мΣ]. (8.79)

Якщо умова (8.79) не виконується, то треба зменшувати коефіцієнти К₁ і К₂.

У каталогах подача насосів приведена у л/хв:

Q_в1=Q_в×60×1000, л/хв; Q_н1=Q_н×60×1000, л/хв. (8.80)

Для вибраних насосів фіксуються фактичні подачі Q_вф й Q_нф.

Потужність двигуна насоса:

N=q_гмах×Q×10⁶/(10³×10³×60×η_г), кВт, (8.81)

де η_г =0,5÷0,7 – коефіцієнт корисної дії насоса; q_гмах в МПа; Q в л/хв.

Після вибору насосів будують циклограму роботи преса. Циклограма дає повне уявлення про роботу будь-якого гідропреса, дозволяє уточнити продуктивність і є основою для розробки системи автоматичного керування. Фактичні тривалості руху поршня на окремих ділянках, а також тривалості виконання рухів механізмів відрізання бруса та зштовхування його з різкою знаходяться із застосуванням вибраних подач насосів:

t_i=L_і/V_і,с; V_і= 10⁶×Q_фi/(10³×60×z_ц ×s_цi). (8.82)

Далі визначають фактичні тривалість циклу й продуктивність преса:

Т_цф=(t_уф+t_еф+t_нф)/(0,8÷0,9); n_ф =3600/Т_цф; П_ф=n_ф×z. (8.83)

Фактична продуктивність повинна бути вища заданої: П_ф≥П.

Приклад циклограми – на рис.8.24, яку бажано розглядати сумісно із конструктивною схемою пресу, приведеною у розділі 7.4.2 “Поршневі преси”. На початку циклу штоки основних ГЦ поршнів досить швидко рухаються вперед на ділянці ущільнення до т. А. Працюють обидва насоси. В точці А тиск перевершує той, на який розрахований Ннт. Відповідно відрегульований датчик тиску переключає Ннт на злив, і екструзія бруса відбувається при роботі Нвт. Положення т. А чітко не визначене і залежить від властивостей глини, густини засипки і інших факторів. Екструзія бруса завершується у т. Б по сигналу від кінцевого вимикача (ВК1), що фіксує потрібну довжину бруса. По сигналу ВК1 спрацьовують два розподілювачі: один - змінює напрямок руху поршня, другий – подає частину мастила від насосів крізь дросель до циліндра механізму відрізання бруса, за рахунок чого лучок із струною рухаються вгору, відрізуючи брус. В т.В по сигналу від ВК2 подача мастила припиняється, лучок зупиняється у крайньому верхньому положенні, звільняючи місце для зштовхування бруса. Паралельно спрацьовує розподілювач штовхача, який доходить до крайнього положення і, по сигналу від ВК3 у т. Г, повертається у вихідне положення (т. Д), яке фіксується ВК4. Далі по сигналу від ВК4 лучок із струною рухається вниз від т. Е до вихідного положення, яке фіксується у т. Ж ВК5. У цей час паралельно поршень рухається назад, нова порція глини завантажується у камеру. Рух назад припиняється у т. З по сигналу від ВК6. Далі цикл повторюється.

Методика розрахунку ГЦ, трубопроводів і іншої апаратури насосних установок приведена у [50].

Приклад: Приймаємо q_гмахнт=3 МПа. При заданій продуктивності П=1000шт/год n = 1000/5 = 200 циклів, Т_ц= 3600/200 = 18 с. К₁ = s_цф/s_цш = 12,2·10³ /7,2·10³ ≈ 1,7;

К₂=q_гмах/q_гмахнт=12,5/3=4,1. Т_ц1=(0,8÷0,9)Т_ц =(0,8÷0,9)18≈15 с.

V_е=L_е/Т_ц1+L_у/(Т_ц1×К2)+(L_у + L_е )/(Т_ц1×К₁ ×К₂)=

=0,13/15+0,3/(15×4,1)+(0,13+0,3)/(15×4,1×1,7)= 0,0088+0,0049+0,0041≈0,018 м/с.

V_б=V_е×К_уф=0,018×2,83=0,051≤[V_б]=(0,08÷0,14)м/с. Умова (8.75) виконується.

Подачі: Нвт - Q_в=V_е×z_ц×s_цф/10⁶=0,018×2×12,2·10³/10⁶=0,00044 м³/с; - Q_Σ=Q_в×К₂= 0,00044×4,1=0,0018 м³/с; Ннт - Q_н=Q_Σ–Q_в=0,0018–0,00044= =0,00136м³/с.V_н=10⁶×Q_н/z_ц×s_цш=10⁶×0,00136/2×7,2·10³≈0,1м/с≤[V]=(0,15÷0,3)м/с.

Умова (8.78) виконується. t_н=(0,3 + 0,13 )/0,1=4,3 с≥[t_мΣ]=4с. Умова (8.79) виконується.

Q_в1=Q_в×60×1000=0,00044×60×1000=26,4 л/хв.; Q_н1=0,0018×60×1000=108 л/хв.

Вибираємо насоси з фактичною подачею Q_вф=30 л/хв. й Q_нф=120 л/хв.

Потужність двигуна Нвт - N=12,5×30×10⁶/(10³×10³×60×0,6)=10,4≈11 кВт.

Потужність двигуна Ннт - N=3×120×10⁶/(10³×10³×60×0,6)=10 кВт.

По формулах (8.82) знаходимо фактичні швидкості та тривалості руху поршня на усіх трьох ділянках:

V_уф=10⁶×(Q_вф+Q_нф)/(10³×60×z_ц×s_цф)=10⁶×(30+ 120)/(10³×60×2×12,2·10³)=0,11 м/с;

t_уф=L_у/V_уф=0,3/0,11=2,7с.

V_еф=10⁶×Q_вф/(10³×60×z_ц×s_цф)=10⁶×30/(10³×60×2×12,2·10³)=0,0205 м/с;

t_уе=L_е/V_еф=0,13/0,0205=6,3 с.

V_нф=10⁶×(Q_вф+Q_нф)/(10³×60×z_ц×s_цш)=10⁶×(30+120)/(10³×60×2×7,2·10³)=0,17 м/с;

t_нф=(L_у+L_е)/V_нф=(0,3+0,13)/0,17=2,6 с.

Визначаємо фактичні тривалість циклу й продуктивність преса по формулах (8.83): Т_цф= (2,7+6,3+2,6)/(0,8÷0,9) ≈ 15 с.; n_ф =3600/15=240 циклів; П_ф=n_ф×z=240×5=1200 шт/год≥П=1000 шт/год.

102