Проектирование приводов литейных машин

Московский государственный технический университет 

имени Н. Э. Баумана 

В.И. Вербицкий 

 Проектирование приводов 

литейных машин 

Методические указания к выполнению домашних заданий  

по дисцисциплине «Приводы литейных машин» 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 

 

УДК 621.74.06-8(075.8) 
ББК 34.61 
         В31 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/49/book1291.html 

Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Литейные технологии» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 
 
Рецензент 
канд. техн. наук, доцент кафедры 
«Технология обработки материалов» В.А. Мамин 
  
Вербицкий, В. И. 
Проектирование приводов литейных машин : методические 
указания к выполнению домашних заданий по дисциплине «Приводы 
литейных машин» / В. И. Вербицкий. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 35, [1] с. : ил. 
 
ISBN 978-5-7038-4253-9 
 
Издание содержит варианты домашних заданий, предусмотренных 
учебным планом МГТУ им. Н.Э. Баумана. Представлена подробная методика 
расчета основных параметров пневмо- и гидроцилиндров, подводящих 
трубопроводов  и тормозных устройств. Даны формулы для определения 
эффективности привода, а также примерный вид принципиальных 
схем пневмо- и гидропривода, эскизов транспортного пневмоцилиндра, 
гидропресса и тормозных устройств. Предложена методика построения 
технологической и рабочей характеристики гидропресса с двумя ступенями 
скорости.  
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специаль- 
ности «Машины и технология литейного производства». 
 
УДК 621.74.06-8(075.8) 
ББК 34.61  
 
 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4253-9                              
 
      МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 

В31 

 

Предисловие 

Усложнение конструкций современных машин и приводов, повышение 
требований к их работоспособности, производительности 
и эффективности приводят к необходимости использования при 
проектировании все более сложных расчетных методик. 
Методические указания к выполнению домашних заданий подготовлены 
в помощь студентам для самостоятельной работы при 
получении практических навыков расчета, для освоения методик 
проектирования при изучении разделов «Пневматические приводы» 
и «Гидравлические приводы» по дисциплине «Приводы литейных 
машин». Методические указания соответствуют учебным 
программам Федерального образовательного стандарта подготовки 
специалистов специальности «Машины  и технология литейного 
производства» факультета «Машиностроительные технологии» 
МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Цель выполнения домашних заданий: ознакомление и освоение 
студентами современных методик проектирования пневмо- и гидроприводов, 
включая расчет параметров исполнительных механизмов 
и распределительных устройств, оценку эффективности, 
составление принципиальных схем приводов и подбор  основных 
элементов приводов из номенклатуры ведущих фирм. 
После выполнения домашних заданий студенты получат опыт 
использования современных методов расчета параметров пневмо- 
и гидроприводов, оценки эффективности приводов транспортных 
и технологических исполнительных механизмов литейных машин. 
Для подготовки к защите выполненных домашних заданий 
предложены контрольные вопросы. 

Домашнее задание № 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
ПНЕВМОПРИВОДА ТРАНСПОРТНОГО УСТРОЙСТВА 

Введение 

Проектирование автоматических машин и линий предполагает 
разработку большого числа приводов для перемещения технологических 
объектов (отливок, моделей и модельных плит, опок и форм, 
стержневых ящиков и стержней, кокилей и прессформ и т. д.),  
а также узлов и механизмов литейных машин и линий. Основным 
требованием к этим приводам является высокая скорость перемещения 
при ограниченных силах инерции и минимальной мощности 
и габаритах. Наибольшее применение в приводах транспортных механизмов, 
для которых не требуется строгое выполнение заданного 
закона изменения скорости, получили пневмоцилиндры, совершающие 
возвратно-поступательные движения. 

Цель и задачи работы: определить параметры, выбрать элементы 
и составить схему пневмопривода для прямолинейного перемещения 
груза, а также оценить его энергетическую эффективность. 

Задание 

Исходные данные индивидуальных заданий приведены в  
табл. 1.1. Код индивидуального задания состоит из обозначения и 
варианта каждого параметра (например, А1Б2В3Г4Д1Е2Ж3). 

 
 
 Таблица 1.1 

Параметр 
Строка
Вариант 

1 
2 
3 
4 

Направление 
перемещения 


А 
Вертикально 
вверх  
( = 90) 

Вверх под углом , 
Горизонтально  
( = 
0) 

15 
25 

Масса груза  
mгр, кг 
Б 
250 
300 
350 
400 

Окончание табл. 1.1 

Параметр 
Строка
Вариант 

1 
2 
3 
4 

Расстояние 
перемещения 
хх, мм 

В
500
600 
700
800

Время перемещения 

tр.х, с 

Г
1,0
1,3 
1,6
2,0

Давление 
воздуха рм, 
МПа 

Д
0,5
0,55 
0,6
0,65

Ускорение 
при разгоне 
и торможении 
груза 
,x  м/с2 

Е
2,5
3,0 
3,5
4,0

Тип тормозного 

устройства 

Ж
Пружинный
Пневматический

Пневматический 
с 
истечением 
воздуха

Гидравлический 

 

Для всех вариантов принять следующие условия. 
1. Закон изменения скорости — симметричный трапецеидальный, 
время разгона и торможения 
равны: 1
3
  

t
t  (рис. 1.1). Изменение 
давления в рабочей камере пнев-
моцилиндра необходимо определить 
при проектном расчете. Графики 
р(t) на 3-м участке будут 
отличаться 
при 
использовании 
разных тормозных устройств. 
2. Сила трения при перемещении 
груза 
тр
тр1
тр2,


R
R
R
 где 

тр1
R
 — сила трения груза об опор-

ную поверхность; 
тр2
R
 — сила трения 
в уплотнениях поршня и штока.  
Для случая вертикального подъема груза (А1) 
тр1
0,1
,

R
mg  
m = mгр + mп, где mгр — масса груза; mп — масса поршня со што-

Рис. 1.1. Закон изменения ско-
                       рости: 
t1 — время разгона; t2 — время движения 
с постоянной скоростью;
          t3 — время торможения 

ком и плитой толкателя, на первой стадии проектирования можно 
принять 
п
гр
0,15
.

m
m
 При движении по вертикальной и горизон-

тальной поверхности (А2, А3, А4) сила трения 
тр1
тр1
,

N
R
k
Q
 где 
kтр1 — коэффициент трения, kтр1 = 0,25; QN — сила нормального 
давления груза на наклонную или горизонтальную поверхность. 
Сила трения 
тр2
тр2
м,

R
k
pF
 где kтр2 = 0,3; р — давление в соответствующей 
камере пневмоцилиндра; Fм — площадь поверхности 
соприкосновения манжеты и зеркала цилиндра, 
м
ц м;
 
F
D l
 lм — 
длина поверхности соприкосновения. Поскольку размеры цилиндра 
и манжеты неизвестны, допустимо использовать формулу 

тр2
,

R
kmg  k = 0,1. 
3. Скорость воздуха в трубопроводах vу = 20 м/с; коэффициент 
расхода воздуха при наполнении камер пневмоцилиндра µ1 = 0,55, 
при опорожнении камер µ2 = 0,7; длина труб от магистрали до 
пневмоцилиндра Lт = 10 м. 
4. Приведенная высота вредного пространства в рабочей камере 
пневмоцилиндра х0 = 0,02 м. 
5. Для тормозных устройств: 
пружинного типа (Ж1) используют спиральные пружины с линейной 
характеристикой, материал — проволока стальная легированная 
пружинная 60С2А, начальная осадка пружин z0 = 50 мм; 
пневматического типа (Ж2) применяют пневматический амортизатор 
без истечения воздуха, начальное давление в тормозной 
камере р0 = 0,2рм, начальная высота (длина) тормозной камеры  
х0 = 150 мм; 
пневматического типа (Ж3) используют пневматический амортизатор 
с истечением воздуха, начальное давление в тормозной камере 
р0 = 0,15рм, начальная высота (длина) тормозной камеры х0 =  
= 120 мм, ход торможения до начала истечения воздуха х1 = 0,6хт; 
гидравлического типа (Ж4) применяют гидравлический амортизатор 
с истечением жидкости через дроссель, жидкость — масло  
И-20,  = 900 кг/м3, диаметр тормозной камеры dт = 0,5Dц, начальная 
высота (длина) тормозной камеры х0 = 100 мм, начальное давление 
в тормозной камере (избыточное) р0 = 0, рекомендуемый диапазон 
изменения коэффициента сопротивления дросселя  = 0,5…0,6. 

Содержание работы и отчетность 

В ходе работы необходимо выполнить следующие задания. 
1. Определить размеры пневмоцилиндра и диаметры трубопроводов 
для подачи и удаления воздуха. Уточнить размеры пневмо-
цилиндра по рядам предпочтительных чисел (с учетом наличия 
соответствующих уплотнений), а диаметры трубопроводов принять 
из условия возможности комплектования системы управления 
из стандартных (нормализованных) элементов. 
2. Определить параметры внешнего тормозного устройства. 
3. Определить потребление и расход воздуха, затраты энергии 
и КПД при рабочем ходе. Полезными считать работы подъема и 
перемещения груза. 
4. Разработать принципиальную схему привода и определить 
тип и модель управляющих и регулирующих элементов пневмо-
привода.  
5. Разработать эскиз пневмоцилиндра и тормозного устройства 
и составить спецификацию конструктивных элементов. 
6. Результаты расчетов и выбора элементов свести в таблицу.  

Методика расчета основных параметров привода 

Схемы механизмов для перемещения грузов по направляющим 
горизонтально, вертикально и под углом  к горизонту представлены 
на рис. 1.2 и 1.3. На рис. 1.2 показан также эскиз внешнего 
тормозного устройства со спиральной винтовой пружиной.  

Определение параметров движения 

Время рабочего хода складывается из времени разгона, движения 
и торможения 
р.х
1
2
3.



t
t
t
t  Учитывая, что t1 = t3, получим 

р.х
1
2
2
.


t
t
t
 
Время разгона t1 определяем, решая уравнение для общей длины 
хода хх, составленное на основе графика скоростей (см. рис. 1.1): 

 

2
2
1
х
х 2
х
р.х
1
1
2
(
2 ).
2
xt
x
v t
xt
v
t
t







 

Затем рассчитываем время равномерного перемещения t2 и 
скорость vх, 
х
1.
v
xt
 
 

Рис. 1.2. Схема привода горизонтального перемещения (l — приведенная  
                                                     длина хода) 

Рис. 1.3. Схемы приводов перемещения: 
а — вертикального; б — по наклонной плоскости 
 

Определение размеров пневмоцилиндра 

Эффективная площадь цилиндра составляет 

 
тр1
тр2
ц
м
,




g
i
Q
Q
R
R
F
p
  

где 
sin ;


g
Q
mg
 
.

i
Q
mx  

Диаметр цилиндра 
ц
ц
4
.


F
D
 

Диаметр штока Dшт определяем из эмпирического соотношения 

шт
ц
(0, 2
0, 25)
.


D
D
 
Диаметр цилиндра следует уточнить по рядам предпочтительных 
чисел (с учетом наличия соответствующих уплотнений). Если 
расчетный диаметр цилиндра близок к размеру из ГОСТ 15608–81, 
то принимаем его по ГОСТ (табл. 1.2). 
Таблица 1.2 

Dц, мм 
Dшт, мм 
dу, мм 
dу, дюйм 
Fц, см2 
Fц.шт 

25 
10
4
1/8 
4,9
4,1

32 
10
4
1/8 
8,0
7,3

40 
12
8
1/4 
12,6
11,4

50 
16
8
1/4 
19,6
17,6

63 
16
8
1/4 
31,2
29,2

80 
25
10
3/8 
50,3
45,4

100 
25
10
3/8 
78,5
73,6

125 
32
15
1/2 
122,7
114,7

160 
40
15
1/2 
201
188

200 
50
20
3/4 
314
295

250 
63
20
3/4 
491
460

320 
80
25
1 
804
754

360 
80
25
1 
1018
968

400 
90
32
1 
1257
1193

 

По рекомендациям ГОСТ 15608–81 (табл. 1.2) можно определить 
также диаметры штока и трубопровода. 
Длину 
хода 
цилиндра 
определяем 
по 
формуле 
ц 
L
 

х
(15...20)


x
мм, а затем округляем в бóльшую сторону и принимаем 
по ряду нормальных размеров в соответствии с ГОСТ 6636–69. 

Определение диаметра трубопровода  
для подвода воздуха в рабочую камеру 

Начальное значение диаметра трубопровода dу определяем по 
эмпирической 
формуле 
у
ц
0,005...0,01

F
F
 
(или 
ц 
у
d
D
 
0,071...0,1).

  
Следует проверить, будет ли обеспечен нужный скоростной режим 
при полученном dу. Исходя из уравнения неразрывности потока 
G = vF = const (G — расход;  — плотность; v — скорость воздуха; 
F — площадь сечения канала), можно записать 
у у
ц х,

F v
F v
 где Fу  
и vу — площадь поперечного сечения и скорость воздуха в трубопроводе 
соответственно.  
Тогда  

 
ц х
у
у
;
 F v
F
v
   
у
у
4
.
F
d 

 

Если при проверочном расчете получено большее значение dу, 
чем по эмпирической формуле, то выбирают это, большее, значение. 
Далее следует уточнить диаметры трубопроводов, принимая 
ближайшие бóльшие значения условного прохода в дюймах и учитывая 
возможность комплектования системы управления из стандартных (
нормализованных) элементов.  

Расчет параметров тормозных устройств 

Этот расчет производят на основе уравнений энергетического 
баланса. При этом не учитывают поглощение энергии в буферах из 
эластомера, установленных на пятке толкателя и внутри пневмо- 
или гидроамортизатора. 
Например, для пружинного тормозного устройства (см.  
рис. 1.2) баланс преобразований энергии имеет вид 

 
к
ц
ам
тр,
G
E
A
A
A
A




 

следовательно, 
ам
к
ц
тр,
G
A
E
A
A
A




 где Eк — кинетическая 
энергия поршня и груза перед началом торможения; Ац — работа 
пневмоцилиндра на пути торможения; Аам — работа сжатия пружин 
амортизатора; АG — работа сил тяжести; Атр — работа сил 
трения.