УСТАНОВКА ДЛЯ МОЙКИ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН

Изобретение относится к устройству для чистки изделий с использованием механических колебаний и предназначено для мойки деталей и узлов машин.
3
Известна установка для мойки двигателей, узлов и агрегатов, включающая ванну, внутри которой на валу и двух кронштейнах подвешена платформа, представляющей собой раму, соединенную с нижними частями кронштейнов. Два контейнера с перфорированными стенками и дном, соединены с платформой. Вал, закреплен на ванне посредством подшипникового узла и соединен с верхними частями кронштейнов первым концом и с якорем двигателя вторым концом. На внутренней поверхности ванны закреплены два ограничителя движения платформы и фиксатор ее крайнего положения. Асинхронный и однофазный двигатель имеет рабочую обмотку статора, соединенную с сетью переменного тока. (А.с. RU №2241552, МКИ 6 В 08 В 3/10, 2004; Савченко В.И. Очистка и мойка машин. М.: Россельхозиздат, 1974, 124 с. с ил.; А.с. 1798857 СССР, МКИ Н 02 К 1/22; А.с. RU №2000107400/12, МКИ 7В 08 В 3/10, 2000).
Недостатками известной установки является низкая эффективность процесса мойки из-за недостаточного значения начального момента, развиваемого двигателем в крайних точках траектории движения платформы и контейнеров с загрязненными деталями.
Целью изобретения является повышение эффективность процесса мойки за счет увеличения начального момента двигателя в крайних точках траектории движения платформы и контейнеров с загрязненными деталями.
Поставленная цель достигается тем, что в установке для мойки деталей и узлов машин, включающей ванну, платформу, представляющей собой раму, соединенную с нижними частями кронштейнов и подвешенную на них и валу, закрепленном на ванне посредством подшипникового узла, два контейнера с перфорированными стенками и дном, соединенные с платформой, редуктор, вал, соединенный первым концом с верхними частями кронштейнов, два ограничителя движения платформы и фиксатор ее крайнего положения, закрепленные на внутренней поверхности ванны, двигатель асинхронный и однофазный, ротор которого соединен со вторым концом вала, а рабочая обмотка статора двигателя соединена с сетью переменного тока, согласно изобретению, ротор двигателя выполнен короткозамкнутым с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы.
Благодаря тому, что в установке для мойки деталей и узлов машин используется ротор двигателя, выполненный короткозамкнутым с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы, обеспечивающий больший начальный момент, происходит повышение эффективности процесса мойки деталей и узлов машин.
На фиг.1 и фиг.2 представлены чертежи установки для мойки деталей и узлов машин с диаграммами моментов и скоростей, приведенных к валу двигателя и точке удара А, на фиг.3 изображены механические характеристики однофазного асинхронного двигателя снабженного ротором, выполненным короткозамкнутым с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы, на фиг.4 показана конструкция короткозамкнутого ротора с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы, а на фиг.5 представлены линеаризованные механические характеристики однофазного асинхронного двигателя, снабженного ротором, выполненным короткозамкнутым с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы.
Сущность изобретения поясняется схемами, представленными на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5.
Установка для мойки деталей и узлов машин (фиг.1, фиг.2) включает ванну 1, платформу 2, подвешенную на двух кронштейнах 3 и валу 5, закрепленном на ванне 1 посредством подшипникового узла 8 и двигатель 7. Установка снабжена двумя контейнерами
4 с перфорированными стенками и дном, соединенными с платформой 2, представляющей собой раму, соединенную с нижними частями кронштейнов 3, валом 5, соединенным с верхними частями кронштейнов 3 первым концом и с ротором двигателя 7 вторым концом, двумя ограничителями движения платформы 6 и фиксатором крайнего положения платформы 9, каждый из которых закреплен на внутренней поверхности ванны. Рабочая обмотка статора асинхронного и однофазного двигателя 7 соединена с сетью переменного тока, а ротор двигателя выполнен короткозамкнутым с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы.
Установка для мойки деталей и узлов сельскохозяйственных машин работает следующим образом,
Загрязненные детали помещаются в ванну 1, в два контейнера 4 на платформе 2. В начале технологического цикла мойки платформа освобождается для движения из фиксатора крайнего положения 9, выполненного в виде механической защелки. Платформа подвешена на двух кронштейнах 3 и приводиться в колебательное движение посредством однофазного асинхронного двигателя 7 через вал 5. Двигатель начинает движение под воздействием активного момента сопротивления, возникающего от равнодействующей выталкивающих сил, приложенных к контейнерам 4. Так как первоначально платформа смещена от горизонтального положения, равнодействующая выталкивающих сил не равна нулю. Двигатель выходит на установившуюся скорость и платформа перемещается до своего нового крайнего положения. Происходит удар об ограничитель движения платформы 6. При ударе часть кинетической энергии движущихся масс рассеивается в виде тепла, а часть остается у подвижной системы узлов установки (вал 5, кронштейны 3, ротор двигателя 7, платформа 2 и два контейнера с загрязненными деталями 4), но скорость меняет свой знак. Начальная скорость однофазного асинхронного двигателя 7 не равна нулю, и на вал действует результирующий момент, направленный в противоположную сторону от ограничителя движения платформы, о который произошел удар. Величина начального момента, развиваемого двигателем при ненулевой начальной скорости ротора, значительна благодаря тому, что ротор двигателя выполнен короткозамкнутым с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы. Двигатель начинает ускоренно разгоняться в обратную сторону, выходит на установившуюся скорость и платформа 2 с контейнерами 4 поворачивается до своего нового крайнего положения, где вновь происходит упругий удар. Цикл работы установки замыкается. Вал, ротор двигателя, кронштейны, платформа с контейнерами, заполненными загрязненными деталями, совершают колебательное движение от одного ограничителя движения платформы до другого. Частицы загрязнения проваливаются через перфорацию контейнеров на дно ванны и не загрязняют верхние слои моющего раствора.
Пуск двигателя и его движение после изменения направления скорости движения платформы осуществляется при повышенных значениях начального момента, развиваемого двигателям, что объясняется тем, что ротор двигателя выполнен короткозамкнутым с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы. При таком использовании установки для мойки деталей и узлов машин повышается эффективность мойки, так как с ростом момента двигателя растет ускорение, а значит и относительные скорости движения загрязненных деталей и моющего раствора.
В процессе выполнения технологического цикла мойки деталей и узлов машин каждый раз при смене знака скорости двигателя на его валу возникает результирующий приведенный активный момент, достаточный для продолжения движения. Наличие результирующего приведенного активного момента необходимо, так как однофазный асинхронный двигатель не имеет пускового момента без дополнительной пусковой схемы.
1
1
На фиг.2 представлена диаграмма моментов при пуске установки из крайнего положения платформы и при скоростях платформы в точке А упругого удара равных нулю до и после удара: v=u=0. Результирующий момент, приведенный к валу двигателя, положителен
и направлен в сторону начала движения (вниз на фиг.2 от ограничителя движения платформы с точкой А упругого удара):
М<sub>выт.</sub>-|ΔМ|-М<sub>тр.</sub>≫0,
(1)
где ΔM - момент, приведенный к валу двигателя и возникающий по причине неравномерной загрузки контейнеров (знак момента определяется случайными факторами поэтому в (1) входит его абсолютная величина, как наименее благоприятный случай для пуска);
тр.
М - момент, приведенный к валу двигателя и возникающий по причине наличия в деталях механизма установки трения;
выт.
М - момент, приведенный к валу двигателя и возникающий от равнодействующей сил выталкивания, действующих на контейнеры.
выт.
тр.
Момент от равнодействующей сил выталкивания (M) положителен, так как один из контейнеров в начале движения погружен в моющую жидкость полностью, а другой - лишь частично. На полностью погруженный контейнер, в соответствии с законом Архимеда, будет действовать большая выталкивающая сила, приложенная в центре тяжести объема погруженной его части и равная весу вытесненной жидкости. Небольшая величина момента ΔM обеспечивается сортировкой при загрузке контейнеров: в каждый контейнер помещаются детали примерно равного среднего удельного и общего весов. Момент трения М имеет реактивный характер и определяется трением деталей подшипниковых узлов. При пуске двигатель, благодаря балансу моментов (1), получает в соответствии со вторым законом Ньютона ускорение и начальную скорость.
Для электромагнитного момента однофазного асинхронного двигателя М справедлива формула [Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1985-368 с., ил.]:
D
где: I - ток двигателя;
c
ω - синхронная скорость;
m
х - индуктивное сопротивление цепи возбуждения двигателя;
х - полное индуктивное сопротивление двигателя;
r - активное сопротивление ротора двигателя;
υ - относительная угловая скорость двигателя.
На фиг.3 представлены, построенные по (2) для различных r, механические характеристики двигателя М(υ).
3
Получая незначительную начальную скорость в начале движения за счет действия активных моментов (1) двигатель продолжает разгоняться до установившейся скорости. Разгон идет интенсивнее, а процесс мойки происходит эффективнее, при больших сопротивлениях ротора, что обеспечивает использование короткозамкнутого ротора с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы (фиг.6). Размеры пазов выбираются по формуле (3) [А.с. 1798857 СССР, МКИ Н 02 К 1/22. Ротор короткозамкнутого асинхронного двигателя. /С.П.Курилин, А.Е.Малиновский, В.Ф.Мартынов, Л.Н.Макаров (СССР). - 4 с.: ил.]:
где , , у(β)=β·(1,664-1,038·β)+0,375 - коэффициенты и соотношения для выбора линейных размеров пазов трапецеидальной и овальной формы для ротора в соответствии с фиг.4.
Как показано в а.с. №1798857 такой выбор форм и размеров пазов (3) обеспечивает повышенное активное сопротивление ротора r при пусках, за счет дополнительного вытеснения тока из овального паза в верхнюю часть трапецеидального паза.
В крайнем положении платформа ударяется о свой ограничитель движения. Скорость платформы после удара направлена вдоль линии удара AN (фиг.2)) и рассчитывается:
u<sub>1</sub>=-k·ν<sub>1</sub>,
(4)
1
1
где v и u - линейные скорости платформы по линии удара AN (нормали) до удара и после него соответственно;
k - коэффициент восстановления.
Благодаря наличию двух контейнеров с перфорированными стенками и дном, исключается самопроизвольное перемещение загрязненных деталей и узлов машин в течении технологического цикла к центру платформы.
Коэффициент восстановления характеризует убыль кинетической энергии тел в результате удара:
(5)
1
где m - приведенная к точке удара масса платформы, контейнеров с деталями и узлами машин, цапф, вала, редуктора и двигателя.
2
2
2
Соотношения (4) и (5) получены в предположении, что ограничители движения платформы, закрепленные на ванне, неподвижны до и после удара (v=0 и u=0), а масса второго соударяющегося тела (ванны и ограничителей движения платформы) равна бесконечности (m=∞). (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - 3-е изд., перераб. - М.: Наука, 1965.-848 с., ил.).
1
Выбор размеров паза по (3) обеспечивает для привода установки мойки деталей и узлов сельскохозяйственных машин не рост пускового момента, который в предложенной схеме включения однофазного двигателя отсутствует, а рост начального момента двигателя М(υ) сразу после завершения ударного взаимодействия ограничителей движения платформы и самой платформы.
Принимая во внимание справедливость для асинхронных двигателей отношений
х≈х<sub>m</sub>≫r,
(6)
из (2) следует то, что при малых частотах вращения зависимость М(υ) практически линейна
(7)
а крутизна характеристики определяется величиной r. Поэтому большему активному сопротивлению ротора r'''>r''>r' соответствует больший начальный момент М'''>М''>М' однофазного двигателя, как это показано на фиг.5.
При любом допустимом значении коэффициента восстановления 0≤k≤1, что соответствует неупругому, упругому и не вполне упругому удару, обеспечивается условия для дальнейшего движения двигателя. При неупругом ударе (k=0) повторяется баланс моментов, существовавший при пуске (1), а при упругом и не вполне упругом ударе неравенство (1) усиливается благодаря наличию начального момента двигателя:
(8)
1
1
где М(υ) - момент двигателя, рассчитанный по соотношению (2) при скольжении, соответствующей линейной скорости платформы в точке удара А после удара (u);
- относительная скорость двигателя после удара;
- угловая скорость двигателя после удара;
i - передаточное отношение редуктора;
r - расстояние от оси выходного вала редуктора до точки удара А.
1
Начальный момент двигателя М(υ) положителен и направлен в сторону противоположную от места установки ограничителя движения платформы благодаря смене знака скорости платформы после удара по (4).
Таким образом, однофазный асинхронный двигатель с ротором короткозамкнутым с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы (фиг.4) обеспечивает повышенный начальный момент (фиг.5), развиваемый двигателем после ударного взаимодействия (8), большее ускорение движения платформы и контейнеров, а значит и более эффективную мойку деталей и узлов сельскохозяйственных машин.
Из (1)-(8) следует, что при пуске и после упругих ударов, происходящих в процессе мойки, создаются условия по скорости платформы, контейнеров с загрязненными деталями, двигателя и моментам, действующим на подвижную часть установки мойки деталей и узлов сельскохозяйственных машин, необходимые для продолжения движения. Платформа, контейнеры с загрязненными деталями установки мойки деталей и узлов сельскохозяйственных машин приводятся в движение двигателем, как в момент пуска, так и после ударов в соответствии с технологическим циклом мойки.
Вследствие того, что в приводе используется асинхронный и однофазный двигатель, снабженный ротором, выполненным короткозамкнутым с чередующимися пазами трапецеидальной и овальной формы, происходит повышение эффективности процесса мойки загрязненных деталей в установке.