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抛丸速度衰减规律的探讨

文章出处:原创 编辑:抛丸机发表时间:2015-10-20 13:04:51 浏览人数:865,1,0
   本文从流体力学原理出发,导出了弹丸在离开抛丸器后,因空气阻力而引起速度衰减的一般规律。并且讨论了弹丸粒度、形状以及重力等因素的影响,得出了计算公式。编辑在以上墓础上,应用自己研制的散弹速度测定仪实测得到一组弹丸速度数据,对理论公式进行了实验验证。
    在抛丸清理中,弹 丸速度是一个非常重要 的工艺参数,它在很大 程度上决定了弹丸所具 有的动能,因.而直接影 响到清理质量和清理速 率。弹丸是在抛丸器中 被叶片加速的,弹丸抛 出初速度的大小取决于 抛丸器的性能。而打击 到工件上的弹丸速度, 一般小于抛出初速度,它和抛丸器与工件之 的距离有关。所以在抛 丸清理设备的设计中, 应该考虑到这个问题, 合理地确定有效抛射距 离和室体尺寸,以期达 到最佳效果。为此,必 须掌握抛丸速度衰减的 规律。

    一、理论分析:
    弹丸被抛丸器抛出后,在达到工件之前,是在空气中飞行的。大家首先分析单个球形弹丸在空气中飞行时,速度衰减的规律。
    设弹丸速度为V,质量为m,运动中受到的空气阻力为R,如果忽略重力(下面还将讨论计及重力作用的情况),则飞行中弹丸的动力学方程为(参见图1):
计算公式
式中R一空气阻力(牛顿)
      m一弹丸质量(公斤)
      V一弹丸速度(米/秒)
      t一时间(秒)。
弹丸在空气中飞行的阻力R为:
图1弹丸运动分析
图1弹丸运动分析
弹丸在空气中飞行的阻力R为:
    按式(10)可以计算出不同粒径(0.2~ 3毫米)弹九在飞行不同距离时的速度衰减 率,详见表1。
    按式(10)可以计算出不同粒径(0.2~3毫米)弹九在飞行不同距离时的速度衰减率,详见表1。
抛丸速度衰减率(%) 表1
抛丸速度衰减率(%) 表1
   根据表1中的数值,可以绘出抛丸速度衰减曲线,见图2。
    由图2可见,虽然速度随距离的变化为一 指数曲线,但在有限远的距离内近似直线,故 在所限定的范围内可以看作直线。根据图2和
图2抽丸速度衰接曲线
图2抽丸速度衰接曲线
表1,可以得出(直线段的)近似计算公式:
      A=100+bS             (11)式中△户一抛丸速度衰减率的近似值(%),
      b一直线斜率,可由表1数值求出。
    表2给出了不同粒径弹丸(铁丸)的速度衰减率的计算公式及近似计算公式。经过对比计算,近似式所得结果,在其限定范围内绝对误差在0,6%以下。
    依照表2中的近似计算公式,可以绘出抛丸速度衰减近似曲线,见图3。
    讨论一
    对于非球形弹丸,其阻力系数为:
图3抛丸速度衰减近似曲线
图3抛丸速度衰减近似曲线
    讨论二     以上诸公式均未考虑重力的影响,如果把 重力因素考虑在内,则弹丸运动的动力学方程 为(参见图4):
    讨论二
    以上诸公式均未考虑重力的影响,如果把重力因素考虑在内,则弹丸运动的动力学方程为(参见图4):
抛丸速度衰减率的理论公式及近似式 表2
抛丸速度衰减率的理论公式及近似式 表2
图4弹丸运动分析(考虑重力)
图4弹丸运动分析(考虑重力)
    式(17)为考虑重力作用时弹丸速度随距离而变化的通式。不难看出,当e=。或忽略重力作用时,q=o,式<17)即可化为式
  (7)。所以式(7)是式(13)的特例。
    计算表明,重力的影响远小于空气阻力的影响。忽略重力,速度衰减率的绝对误差小于千分之一(每飞行一米),在工程上已足够精确。因此推荐使用式(8)(球形弹丸)和式 (12)(非球形弹丸)。

    二、抛丸速度的测试
   (一)散弹速度测定仪的构造及工作原理
  为了测定抛丸速度,我研制了一台散弹速i}度测定仪,其结构见图5。这台仪器由装在同一根轴2上的前圆盘1和靶盘3组成,轴2支承在轴承座4上,通过联轴器5与电动机6的轴相联接。前圆盘上铣有一个长圆孔。
图6 散弹速度侧定仪结构简图
图6 散弹速度侧定仪结构简图
    测试前,先将仪器放在适当的位置,使前 圆盘工作面迎着弹丸飞来的方向,并与弹丸飞 行方向相垂直。测试时,首先启动电机,使圆 盘旋转。待达到稳定转速时,使抛丸器抛出适 量弹丸。停止供丸后,关掉抛丸器和测速仪电 机。待停止转动后,取出仪器,测量靶盘上弹 痕中心点的回转半径r和滞后距离12(见图6 ), 再根据盘距11、圆盘旋转角速度。(可预先测 出),即可计算出弹丸飞行的速度。弹丸速度 为:
图6散弹速度酬定仪原理
图6散弹速度酬定仪原理
    (二)抛丸速度衰减规律的实测
    1。测试条件
      (1)抛丸器型号QL305A型
                    抛丸量200公斤/分
                  转速2300转/分
                  叶轮直径500毫米
    ( 2)散弹速度测定仪型号S SC-IA型
                        转速1450转/分
    (3)弹丸材质白口铸铁
                粒径2--- 3毫米(平均2,5毫米》
    2。测试结果
    测试结果列于表3。在测试中对于同一抛射距离,仪器正、反转各测一次,然后取弹丸速度的平均值。
    实测结果与理论衰减曲线以及近似曲线的比较见图7。由图7可以看出,实测的速度衰减率值略低于理论值,但两者相当接近。
    限于条件,试验数据还不够充分,今后还需进一步试验验证。
抛丸速度测试结果 表3
抛丸速度测试结果 表3
图7 2.5铁丸速度衰减曲线
图7 2.5铁丸速度衰减曲线
本文来源青岛华盛泰抛丸机:/jishu/865.html
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