Строительные машины 2 Принципы устройства (стр. 41 из 45)
В д в и г а т е л я х со с в о б о д н ы м п е р е м е щ е н и е м п о р ш н я энергия сжатого воздуха преобразуется в кинетическую энергию бойка, который играет роль поршня, свободно перемещающегося внутри цилиндра. Рабочее движение совершается бойком в одну сторону, при этом наносится удар по хвостовику инструмента. Холостой ход осуществляется при обратном направлении и обеспечивается золотником. Такие двигатели применяют преимущественно в клепальных, рубильных, отбойных и пучковых молотках.
Основными параметрами, характеризующими машины ударного действия, являются работа одного удара и количество ударов в минуту. Работа одного удара А (кгс*м или кН*м) зависит: от давления воздуха в сети р, кгс /см2 (МПа); конструктивного хода поршня (ударника) Sкон, м, представляющего собой разность между длиной полости за вычетом длины хвостовика рабочего органа и длиной поршня; площади F поперечного сечения ствола, по которому движется поршень.
A = k1pFSкон (11.1)
где k1 — коэффициент потерь энергии, учитывающий степень наполнения цилиндра сжатым воздухом и механические потери при оптимальных режимах работы молотков. Этот коэффициент для клепальных молотков равен 0,5 ¸ 0,55.
Количество ударов в минуту зависит от продолжительности каждого удара, которая в свою очередь определяется скоростью перемещения поршня при рабочем ходе и длиной его пути.
Средняя скорость перемещения может быть определена по зависимости
v = pF / mп (11.2) где mп — масса поршня.
Скорость холостого хода поршня меньше скорости рабочего хода, следовательно, время холостого хода больше. Обычно время холостого хода составляет 1,2 ¸ 1,6 времени рабочего хода. Таким образом, общее время одного удара
Т = (2,2 ¸ 2,6)t
(11.3)
Число ударов молотка в минуту
n = 1/T (11.4)
Для сравнительных оценок ударных машин принято также пользоваться таким параметром, как мощность молотка в л. с. Это сугубо относительная величина. Она определяется по зависимости N = An / (60*75).
П н е в м а т и ч е с к и е п о р ш н е в ы е д в и г а т е л и имеют
высокий КПД при сравнительно малых оборотах. В этих двигателях возможна плавная регулировка числа оборотов; они имеют относительно небольшую утечку сжатого воздуха. Преобразование движения осуществляют кривошипно-шатунным механизмом, кулисными и кулачковыми механизмами различных типов.
Схема пневматического поршневого двигателя показана на рис. 11.3, а. Он состоит из цилиндра 3, в котором перемещается поршень 2, связанный с кривошипно-шатунным механизмом /. В корпусе цилиндра имеется золотниковый распределитель 4. Мощность поршневых двигателей, применяемых в ручных машинах, составляет 0,5— 5 л. с, частота вращения 400—2000 об/мин. Наиболее широкое применение поршневые двигатели получили в клепальных скобах безударного действия.
Ш е с т е р е н ч а т ы е д в и г а т е л и (см. рис. 11.3, е) просты по конструкции, легко переносят перегрузки, имеют меньшие по сравнению с поршневыми габариты, а также большой срок службы. Существенными недостатками их являются: повышенный расход воздуха на единицу мощности, значительный шум при работе и большая масса (на 1 л. с. мощности двигателя приходится до 14 кг массы).
В ручных машинах шестеренчатые двигатели практически не применяют, так как они уступают по своим показателям ротационным пневматическим двигателям.
Р о т а ц и о н н ы е д в и г а т е л и являются основным типом привода большинства ручных машин пневматического действия. Они имеют сравнительно простое устройство и работают очень плавно. Как правило, ротационные двигатели в ручных машинах имеют частоту вращения 10—15 тыс. об/мин.
Такой двигатель (см. 11.3, б) состоит из ротора 1, в котором ра-диально нарезаны пазы 2. В эти пазы вставляются плоские лопатки 3, которые могут перемещаться в радиальном направлении. Ротор с лопатками устанавливается в статоре 4 в виде пустотелого цилиндра. Ось ротора эксцентрично смещена относительно оси статора. Для привода ротора в движение воздух через отверстие в статоре подается в ту часть ротора, где зазор между статором и ротором наименьший. Воздух давит на лопатку и приводит во вращение ротор.
Мощность, развиваемая пневматическим ротационным двигателем, зависит: от работы, совершаемой одной лопаткой за один оборот ротора, количества лопаток, числа оборотов ротора, КПД, а также от коэффициента, учитывающего влияние толщины лопатки.
Т у р б и н н ы е д в и г а т е л и применяют в основном в
высокооборотных шлифовальных машинах небольших мощностей. Они обладают высоким КПД. У таких двигателей частота вращения достигает 60—100 тыс. об/мин; мощность составляет 0,01 ¸ 0,4 л. с.
Схема работы такого двигателя показана на рис. 11.3, г. Ротор двигателя выполнен в виде диска с прорезными по наружной поверхности каналами, образующими лопасти. Под углом к плоскости ротора через два диаметрально расположенных сопла поступает сжатый воздух, который, действуя на лопатки ротора, сообщает ему вращательное движение. Из-за отсутствия износа рабочего колеса 2 соплового аппарата / срок службы этих двигателей значительно выше, чем у других пневматических двигателей.
Расход воздуха в турбинках по сравнению с ротационными двигателями в три раза меньше. Например, у ротационного двигателя мощностью 0,25 л.
с. расход воздуха составляет 0,75 м3/мин, а у турбинки той же мощности —
0,25 м3/мин. Однако изготовление турбинных двигателей значительно сложней, чем ротационных. Кроме того, в них имеется трудность реверсирования.
В последнее время для привода отдельных ручных машин применяют газовые турбинки, в которых к лопастям ротора подводится не воздух, а газ от сгорания топлива, подаваемого в отдельную камеру сгорания. Такие турбинки могут развивать мощность во много раз больше, чем воздушные, при одинаковых габаритах и массе. Эти турбинки делаются тоже высокооборотными.
Несмотря на большие достоинства газовых и воздушных турбинок, их применение пока ограничено, так как вращающиеся рабочие органы ручных машин должны делать, как правило, от 10 до несколько сотен оборотов в минуту (за исключением шлифовальных машин). Для того чтобы получить такую частоту вращения при наличии газовой или воздушной турбинки, необходимы редукторы с большими передаточными числами. Такие редукторы получаются очень сложными и тяжелыми.
Достоинством пневмодвигателей является их устойчивая работа в ручных машинах не только в непрерывно-силовых, но и в импульсносиловых, а также значительно меньшая масса по сравнению с электрическими. Однако пневмодвигатели имеют и крупные недостатки. Их КПД сравнительно мал — в 5—6 раз ниже, чем у электродвигателей.
0,5(0,05) 1,0(0,1) 1,5(0,15)
P, am (мпа)
Рис. 11.4. Расход воздуха при работе двигателей
Для приведения в действие ручных машин с пневмодвигателями необходимо наличие компрессора, специальной воздушной сети, специальной аппаратуры для очистки сжатого воздуха от влаги и механических включений. Вследствие всего этого увеличивается количество обслуживающего персонала. Стоимость работы ручных машин с пневмоприводом в 6—7 раз выше, чем стоимость машин с электроприводом. Пневматические двигатели являются объемными машинами и поэтому они очень чувствительны к расходу воздуха. Удельный расход воздуха на каждый киловаттмощности при давлении 6—7 кгс/см2 (0,6—0,7 МПа) составляет 1,5—2 м3/ч,
Значительное влияние на работу пневмодвигателя оказывает противодавление на выходе воздуха из двигателя. Оно возникает оттого, что пневмодвигатель, как правило, встраивается в специальный корпус, откуда через специальные каналы необходимо отводить воздух. Чем больше противодавление, тем меньше становится расход воздуха при постоянном давлении на входе, при этом снижается также частота вращения двигателя и развиваемая им мощность.
На рис. 11.4 приводятся кривые изменения расхода воздуха, частоты вращения двигателя и мощности в зависимости от давления воздуха на входе и на выходе. При падении давления на входе частота вращения и мощность двигателя уменьшаются. Это ясно из графиков, если принять противодавление постоянным. Частота вращения резко падает также при увеличении нагрузки. Недостатком пневмодвигателей является и большой шум при работе. Несмотря на все эти недостатки, ручные машины с пневмодвигателями имеют широкое применение, так как они просты по конструкции, надежны и безопасны в работе и имеют по сравнению с электрическими малую массу.
В последнее время за рубежом созданы и создаются также у нас ручные машины со специальными высокоемкостными аккумуляторами очень малых габаритов и массы. Такие аккумуляторы встраиваются В корпус или рукоятку ручных машин. Их емкость достаточна для того, чтобы приводить в действие ручную машину в течение всей смены, после чего они становятся на подзарядку.
Для более мощных машин в качестве индивидуального привода наиболее перспективными являются газовые турбинки, у которых топливная система представляет собой отдельный агрегат небольшой массы.
Механизмы передач. В ручных машинах применяют следующие передачи: редукторы с цилиндрическими и коническими зубчатыми колесами, в том числе с планетарными передачами, которые имеют большое применение; кривошипно-шатунные механизмы; гибкие валы.
Рис. 11.6. Схемы приводов ручных машин
Р е д у к т о р ы . К редукторам ручных машин предъявляют следующие требования: большие передаточные числа — 20 ¸ 300; малые габариты; модуль зубчатых колес этих редукторов обычно равен 0,5; 0,8; 1,0; 1,5; как правило, применяется коррегирование зуба; повышенные требования к шуму. Редукторы в этих машинах представляют собой самостоятельный узел, собираемый с двигателем и приводом рабочего органа. Основные схемы применяемых редукторов показаны на рис. 11.6.