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.
Известна установка для мойки двигателей, узлов и агрегатов, включающая ванну, внутри которой на двух кронштейнах подвешена платформа, представляющая собой сварную решетку с перфорированным дном, к торцу платформы приварено ушко, к которому шарнирно присоединена тяга, другим концом тяга прикреплена к выходному концу вала кривошипно-шатунного механизма, входной вал которого соединен с редуктором, который, в свою очередь, соединен с двигателем посредством вала. (Савченко В.И. Очистка и мойка машин. М.: Россельхозиздат, 1974. 124 с. с ил.; A.c. RU №2001106079/20, МКИ 7 В 08 В 3/04, 3/12, 2001; А.с. RU №2000107400/12, МКИ 7 В 08 В 3/10, 2000).
Недостатками известной установки являются низкие энергетические показатели из-за использования кривошипно-шатунного механизма для преобразования вращательного движения в колебательное.
Целью изобретения является улучшение энергетических показателей (снижение потерь, уменьшение потребления электроэнергии).
Поставленная цель достигается тем, что установка для мойки деталей и узлов машин, включающая ванну, платформу, подвешенную на двух кронштейнах и валу, закрепленном на ванне посредством подшипникового узла, редуктор и двигатель, согласно изобретению снабжена двумя контейнерами с перфорированными стенками и дном, соединенными с платформой, представляющей собой раму, соединенную с нижними частями кронштейнов, валом, соединенным с верхними частями кронштейнов первым концом и с выходным валом редуктора вторым концом, однофазным частотным преобразователем, вход которого соединен с сетью переменного тока, причем двигатель выполнен трехфазным и асинхронным, одна из обмоток которого соединена с сетью переменного тока, две другие обмотки, включенные последовательно, соединены с выходом однофазного частотного преобразователя, а вал двигателя соединен с входным валом редуктора.
Благодаря тому, что в установке для мойки деталей и узлов машин используется трехфазный асинхронный двигатель и, питающий его, однофазный частотный преобразователь, происходит улучшение энергетических показателей (снижение потерь, уменьшение потребляемой энергии).
На фиг.1 и фиг.2 представлены чертежи установки для мойки деталей и узлов машин с диаграммами моментов.
Сущность изобретения поясняется схемами, представленными на фиг.1 и фиг.2.
Установка для мойки деталей и узлов машин включает ванну 1, платформу 2, подвешенную на двух кронштейнах 3 и валу 5, закрепленном на ванне посредством подшипникового узла 4, редуктор 6. Установка снабжена двумя контейнерами 9 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 первым концом и с выходным валом редуктора 6 вторым концом, однофазным частотным преобразователем 8, вход которого соединен с сетью переменного тока, причем двигатель 7 выполнен трехфазным и асинхронным, одна из обмоток которого соединена с сетью переменного тока, две другие обмотки, включенные последовательно, соединены с выходом однофазного частотного преобразователя 8, а вал двигателя 7 соединен с входным валом редуктора 6.
Установка для мойки деталей и узлов машин работает следующим образом.
Загрязненные детали и узлы помещаются в ванну 1, в контейнеры с перфорированными стенками и дном 9 на колеблющуюся платформу 2, подвешенную на двух кронштейнах 3 и приводимую в колебательное движение посредством вала 5. Параметры колебаний выбирают в зависимости от нагрузки на платформу 2 и характера загрязнения. Частицы загрязнения проваливаются через перфорацию контейнеров на дно ванны и не загрязняют верхние слои моющего раствора. Колебательное движение платформы 2 и вала 5 обеспечивается редуктором 6, передающим вращение от трехфазного асинхронного двигателя 7, получающего питание от сети переменного тока и однофазного преобразователя частоты 8.
При таком использовании улучшаются энергетические показатели и повышается надежность работы установки.
В соответствии с технологией мойки платформа с контейнерами совершает колебательные движения постоянной амплитуды около горизонтального положения, при котором ось симметрии платформы и кронштейнов совпадает с вертикалью OY (фиг.2). В прототипе такой характер движения обеспечивается наличием кривошипно-шатунного механизма. В рассматриваемой установке это движение платформы обеспечивается законом формирования частоты напряжения, питающего двигатель, и моментами, приложенными к валу. Моменты, действующие на вал, носят активный и реактивный характер и обеспечивают устойчивость колебаний платформы:
дв
М
где М=М·sin(ω·t) - приведенный к валу момент двигателя, включенного по схеме «синусного» режима (Мамедов Ф.А., Беспалов В.Я., Резниченко В.Ю., Малиновский А.Е. Асинхронный двигатель в «синусном» режиме. - Минск: Энергетика, №5. 197. - 57 с., ил);
i
1
2
1
2
ω=|ω-ω| - частота изменения момента двигателя при частоте сети (ω) и частоте напряжения на выходе однофазного частотного преобразователя (ω);
М - амплитуда момента двигателя, приведенного к валу;
выт
1
M=k·φ(t) - приведенный к валу момент от равнодействующей выталкивающих сил, действующих на контейнеры;
- приведенный к валу момент вязкого трения;
1
2
k, k - коэффициенты пропорциональности;
J - момент инерции установки приведенный к валу;
φ(t) - угол поворота вала, изменяющийся во времени t.
Синусоидальный характер изменения момента трехфазного асинхронного двигателя объясняется тем, что одна из статорных его обмоток подключена непосредственно к сети, а две другие, включенные последовательно, соединяются с однофазным преобразователем частоты, напряжение на выходе которого имеет частоту, отличную от частоты сети. При данном способе включения асинхронного электродвигателя происходит непрерывное изменение сдвига фаз между двумя напряжениями питания, обуславливаемое различными величинами периодов питающих напряжений. Поле в рабочем зазоре при этом меняется от кругового до пульсирующего с изменением чередования фаз, что приводит к появлению периодически меняющегося электромагнитного момента двигателя. Частота изменения момента определяется абсолютной разностью частот питающих напряжений. (Луковников В.И. Электропривод колебательного движения. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 152 с., ил.)
Приведенные к валу моменты от равнодействующей выталкивающих сил и вязкого трения придают процессу колебаний платформы устойчивость и симметрию относительно вертикали OY. Момент от равнодействующей выталкивающих сил, действующих на контейнеры, пропорционален угловому перемещению платформы 1, что обеспечивается конструкцией
установки, а также тем, что при загрузке деталей и узлов в контейнеры проводится сортировка с целью обеспечения для контейнеров примерно равного общего и удельного веса деталей и узлов, загруженных в каждый из них. В этом случае платформа первоначально будет располагаться горизонтально и ее колебания будут происходить симметрично относительно вертикали OY.
Момент вязкого трения имеет место благодаря наличию моющего раствора в ванне.
Закон изменения угла поворота вала во времени соответствует устойчивости и симметрии колебательного движения платформы относительно вертикали OY:
где С1 и С2 - коэффициенты, которые находятся из начальных условий;
- постоянные времени;
- амплитуда колебаний платформы;
- сдвиг по фазе колебаний платформы относительно момента двигателя.
M
После затухания свободных составляющих, определяемых начальными условиями движения платформы (первые два слагаемых в (2)), она устойчиво колеблется около среднего положения при φ=0, что соответствует положению вертикали OY, с фиксированной амплитудой и фазой. По соотношению (2) выбираются параметры управления (амплитуда момента М и частота его изменения ω), позволяющие полностью использовать пространство ванны, заполненное моющим раствором.
1
Загрязненные детали собраны в контейнеры для получения большего значения приведенного момента от равнодействующей выталкивающих сил (увеличивается k). При этом колебания платформы при равномерной загрузке контейнеров стабильны и симметричны относительно вертикали OY.
2
При значительном коэффициенте k, определяющим величину момента вязкого трения, показатели степени двух первых слагаемых в (2) равны действительным значениям, а значит установка не имеет собственных частот колебаний, что делает процесс мойки устойчивым.
Таким образом, наличие трехфазного асинхронного двигателя и однофазного преобразователя частоты, специальным образом организованное управление ими по закону (2) и особенности конструкции установки позволяют полностью реализовать функции кривошипно-шатунного механизма и исключить его из кинематической схемы. Благодаря включению контейнеров в конструкцию установки процесс мойки становиться стабильным. Наличие однофазного частотного преобразователя дает возможность регулирования частоты колебания платформы и получения таких значений частот этих колебаний, при которых достигается наилучшая очистка деталей и узлов машин с использованием всего пространства ванны, заполненного моющим раствором.
Отсутствие приведенного момента от равнодействующей выталкивающих сил делает закон движения платформы несимметричным относительно вертикали OY:
где С1 и С2 - коэффициенты, которые находятся из начальных условий;
- постоянная времени;
- коэффициенты уравнения;
- амплитуда колебаний платформы;
- сдвиг по фазе колебаний платформы относительно колебаний момента двигателя.
Наличие коэффициента С2, определяемого из начальных условий, указывает на то, что колебания происходят в этом случае около положения случайным образом определенного и не связанного с направлением вертикали OY. Если платформа до пуска установки была зафиксирована в горизонтальном положении, то и тогда в процессе работы, за счет случайных факторов, изменяющих нагрузку на валу двигателя при движении его в одну, а затем в другую сторону, положение (угол поворота) при котором происходит смена направления скорости будет произвольно и непредсказуемо смещаться. Это приведет к ударам платформы о элементы конструкции. При этом процесс мойки с законом движения платформы (3) не обладает свойством «самовыравнивания», которое было присуще закону движения (2). Таким образом, наличие контейнеров, увеличивающих долю приведенного момента от равнодействующей сил выталкивания, необходимо.
Отсутствие момента вязкого трения приводит к неустойчивому движению платформы по закону:
При отсутствии вязкого трения, как следует из (4), к вынужденным колебаниям, которым соответствует третье слагаемое в (4), добавляются колебания на собственной частоте установки (первые два слагаемых в (4)). Причем эти дополнительные колебания носят незатухающий характер и нарушают технологический процесс. Так как моющий раствор обладает значительной вязкостью, то процесс изменения угла поворота вала и платформы по закону, описанному соотношением (4), невозможен.
Итак, процесс мойки деталей и узлов машин в установке предлагаемой конструкции устойчив. Характер движения платформы полностью соответствует технологии. Применение трехфазного асинхронного двигателя и однофазного частотного преобразователя для приведения установки в движение упрощает кинематическую схему и повышает ее надежность, происходит улучшение энергетических показателей работы установки.