Модернизация подъемного стола для подачи слябов в печь стана 2000 ЛПЦ-2 ПАО "Северсталь"

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1 Анализ состояния вопроса, цели и задачи работы

1.2 Задачи проекта

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Конструкция и принцип действия подъёмного стола

2.1.1 Разработка конструкции узла торсионного вала

2.2 Разработка гидропривода подъемного стола

2.2.1 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

2.2.2 Определение нагрузочных скоростных параметров гидродвигателя

2.2.3 Определение геометрических параметров и выбор ГД

2.2.4 Составление принципиальной схемы гидропривода

2.2.5 Расчет и выбор насосной установки

2.2.6 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

2.2.7 Выбор гидроаппаратуры

2.2.8 Расчет трубопроводов

2.2.9 Определение потерь давления

2.2.10 Потери давления в гидроаппаратах

2.2.11 Местные потери давления

2.2.12 Проверка насосной установки

2.3 Разработка привода сталкивателя слябов

2.3.1 Описание конструкции, назначения и принципа действия сталкивателя слябов

2.3.2 Разработка и описание кинематической схемы привода

2.3.3 Энергокинематический расчёт привода

2.3.4 Подбор редуктора привода сталкивателя слябов

2.3.5 Расчёт и проектирование реечной передачи

2.3.6 Ориентировочный расчёт и конструирование приводного вала

2.3.7 Предварительный выбор подшипников и корпусов подшипниковых узлов приводного вала

2.3.8 Проверка долговечности подшипников

2.3.9 Уточнённый расчёт приводного вала

2.3.10 Подбор муфт

2.3.11Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений

2.4 Расчет и конструирование торцевой фрезы

2.4.1 Фрезерование

2.4.2 Конструкции фрез

2.4.3 Расчет и конструирование фрезы

2.4.4 Режимы резания при фрезеровании

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

3.1 Разработка технологии изготовления рейки привода сталкивателя слябов

3.1.1 Описание конструкции и назначения детали

3.1.2 Нормоконтроль чертежа

3.1.3 Анализ технологичности конструкции детали

3.1.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки

3.1.5 Припуски на механическую обработку

3.1.6 Выбор плана обработки

3.1.7 Предварительное нормирование времени операций

3.1.8 Выбор типа производства

3.1.9 Выбор оборудования

3.1.10 Выбор режущего инструмента

3.1.11 Выбор приспособления

3.1.12 Выбор средств измерения

3.1.13 Расчет режимов резания

3.1.14 Расчет технической нормы времени

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Чёрная металлургия - основа могущества любого государства. Без неё не может обойтись ни одна отрасль народного хозяйства. Она являющаяся состав ной частью экономики России, переживает те же проблемы, что и экономика страны в целом. Бурное развитие металлургической отрасли началось во второй половине20 - го века. На металлургических предприятиях внедрялись новые высоко - производительные агрегаты. Производительность металла и металлопродукции достигла рекордных показателей. В России действуют около 700 предприятий черной металлургии, и у каждого предприятия есть своя, удачно или неудачно сложившаяся история. Одному с первых лет выпадает всеобщее признание и поддержка, другого преследуют неудачи как при строительстве, так и после него.

Решение о строительстве металлургического завода в Вологодской области было принято еще в начале 40-х годов, но из-за Великой Отечественной войны строительство так и не начали и только в 50-х годах началось строительство завода в Череповце. Открытие Череповецкого металлургического завода состоялось 24 августа 1955 года, когда был получен первый череповецкий чугун. Уже в 1958 году была получена первая мартеновская сталь, а с вводом в 1959 году крупнейшего в Европе листопрокатного стана, Череповецкий завод стал предприятием с полным металлургическим циклом. К середине 60-х годов доменщики добились наилучших показателей использования объема печей, сталеплавильщики - самых высоких показателей по съему стали с одного квадратного метра пода печи, прокатчики - самой высокой производительности блюминга. В результате Череповецкий металлургический завод перестал приносить убытки и вошел в ряды лидеров отечественной металлургии. Расширение и дальнейшее развитие предприятия продолжилось в 70-80 годы. Вошли в строй действующих широкополосный стан«2000», конвертерный цех и доменная печь № 5. 23 июня 1983 года указом Министерства черной металлургии СССР было принято решение о реорганизации Череповецкого металлургического завода в Череповецкий металлургический комбинат. 24 сентября 1993 года в соответствии с указом президента РФ государственное предприятие -Череповецкий металлургический комбинат сразу же было зарегистрировано в мэрии города Череповца как открытое акционерное общество «СеверСталь».

С первых лет создания акционерного общества, развитие компании определяют шесть стратегических программ, в реализацию которых вовлечены все работники предприятия. Работа по программам развитие персонала, сбытовой и коммерческой, организационно - экономической и организационно -технической, стратегическому бизнес-плану - позволила ОАО «СеверСталь» изменить подходы к основным направлениям своей деятельности, нацелив свое движение к повышению эффективности производства, мобилизации всех внутренних ресурсов для вхождения в группу лучших мировых сталелитейных компаний.

Главной составляющей движения компании к намеченной цели является персонал ОАО «СеверСталь», развитие профессионализма и инициативы всех работников. Вводя новые стандарты производственной культуры, компания придерживается концепции Всеобщего качества управления, реализуя ее во всех сферах деятельности предприятия.

Работа предприятия и успех во многом зависят от оборудования, участвующего в производственном процессе. Характерным для металлургического оборудования является его индивидуальность, а нередко и уникальность большинства его видов, высокая интенсивность работы в тяжелых условиях. Важной задачей является создание надежных и долговечных металлургических машин и агрегатов, повышающих продолжительность межремонтных периодов. Надежность металлургических машин определяется совершенством их конструкций, технологией изготовления и во многом зависит от условий эксплуатации. Задача создания высокоэффективных машин решается на трех стадиях: при проектировании, при изготовлении и при эксплуатации.

Предприятие может быть экономически эффективным и «выжить» в условиях рынка, только выпуская качественную продукцию. Это предполагает ужесточение требований к гарантированному соблюдению стандартов качества металлопродукции. Требования этих стандартов формируют новые отношения между потребителем и изготовителем металлопродукции на протяжении всего технологического цикла. Продукция требуемого качества может производиться только на исправном оборудовании. На данный момент износ основных фондов на предприятиях черной металлургии составляет до 70 %. Полная замена изношенных фондов не под силу ни одному предприятию. Замена старого оборудования на новое происходит крайне редко, только в случае предельного износа. Основным средством поддержания качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции является регулярное проведение ремонтных работ, реконструкция и модернизация оборудования металлургических цехов. Реконструкция является наиболее дешевым и быстро окупающимся методом поддержания работоспособности оборудования и выпуска качественной и конкурентоспособной продукции. В прокатных цехах производительность и качество выпускаемой продукции в основном зависит от состояния главной рабочей линии - прокатных клетей и их приводов.

Предложенная тема дипломного проекта - реконструкция подъёмного стола печного участка стана 2000, который входит в состав агрегата поштучной загрузки слябов. Данный механизм установлен на стане с 1976 года.

Агрегат для поштучной загрузки слябов на рольганг, обеспечивает подачу слябов для нагревательных печей.

В состав агрегата поштучной загрузки слябов входят: подъемный стол, сталкиватель слябов со стола, рольганг загрузки.

Стол подъемный предназначен для приема стопы слябов с передаточной тележки и последующей передачи по одному слябу на загрузочный рольганг при помощи сталкивателя слябов.

В настоящее время очень актуальным становится увеличение выпуска продукции и уменьшения ее себестоимости.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1 Анализ состояния вопроса, цели и задачи работы

Стан 2000 осуществляет горячую прокатку слябов, поставляемых кислородно-конвертерным цехом. Слябы складируются на складе слябов, после этого поступают в нагревательные печи. Подъемный стол обеспечивает подачу слябов для нагревательных печей.

В настоящее время очень актуальным становится увеличение выпуска продукции и уменьшения ее себестоимости. Для этого на стане 2000 листопрокатного цеха №2 было предложено, загрузку печей осуществлять горячими слябами температурой 400° С, не дожидаясь их остывания на складе слябов.

Однако конструкция подъемного стола не позволяет осуществлять подачу горячих слябов, т.к. из-за высокой температуры резко уменьшается ресурс подъемного стола, что приводит к аварийным простоям стана.

Существующая система подъёмного стола была установлена при постройке стана в 1976 году. Данная система основывается на подъемном механизме с механическим приводом и представляет собой червячный редуктор с парой винт-гайка преобразующий крутящий момент от электродвигателя в поступательное движение стола. Так как предыдущая система проектировалась на электропривод с одним электродвигателем, то система состоит из двух редукторов с парами винт-гайка соединенными между собой промежуточным валом который синхронизирует вращательное движение редукторов.

Так как система старая то не существует удовлетворительных систем диагностики, позволяющих отслеживать как текущее состояние, так и находить неисправности. Из-за сильного износа системы происходит постоянный выход оборудования из строя. Так как данная система снята с производства очень давно, готовых узлов и блоков нет, приходится чинить вышедшее из строя оборудование собственными силами, что не всегда позволяет материальная база. В результате чего стол функционирует практически только в ручном режиме с большими простоями оборудования, что замедляет работу стана и приносит убытки.

Сопоставив все вышеперечисленные факты, было решено произвести реконструкцию подъемного стола.

Основной целью реконструкции является замена механического привода подъема стола на гидравлический.

1.2 Задачи проекта

В проекте реконструкции подъемного стола необходимо отразить следующие задачи :

- разработка гидросистемы подъемного стола с расчетом и выбором гидроаппаратуры;

- расчет привода сталкивателя слябов;

- разработка процесса обработки детали с выбором металлорежущих станков и расчетом применяемого инструмента;

- разработка системы автоматизации работы подъемного стола;

В проекте также необходимо затронуть вопросы экономической целесообразности проведения реконструкции, рассчитать экономический эффект от ее проведения.

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Конструкция и принцип действия подъёмного стола

Стол подъемный необходим для приема уложенных друг на друга слябов с передаточной телеги и следующей подачи по одному слябу на загрузочный рольганг с помощью сталкивателя слябов.

На линию погрузки слябов в печи №1-4 устанавливают четыре подъемных стола: по два со стороны печи №1 и со стороны печи №4.

Стол сконструирован из подвижной рамы 1, рисунок 2.1 на которую укладывают ряд из слябов 3.

Рисунок 2.1 - Кинематическая схема подъемного стола

Опора находится на двух вертикально стоящих гидроцилиндра 5. Между опорой и торцами плунжеров гидравлических цилиндров находятся сфероподобные опоры. К верхней части рамы присоединены постоянно с равномерным распределением по длине рамы (через 1000 мм) десять стоек 2, между которыми могут проходить консольные балки передаточной тележки (на рисунке не показана) при подъеме стола в момент приема с нее слябов.

Устойчивое положение подвижной раме при ее перемещении и при сталкивании слябов на загрузочный рольганг придают две опорные стойки - левая и правая 4, закрепленные стационарно на фундаменте.

На левом и правом краях верхней поверхности подвижной рамы предусмотрены горизонтальные щитки, предохраняющие направляющие стоек от засорения окалиной.

Стол оборудован двумя гидроприводами от плунжерных гидроцилиндров. Гидроцилиндры оснащены автоматическим подводом рабочей жидкости в полости. Для синхронизации работы гидроцилиндров и предотвращения искривления при подъеме стол оснащен торсионным валом с зубчатыми рейками. Рейки согласно конструкции расположены в стойках.

От гидроцилиндров стол перенимает поступательное движение вверх, двигаясь по направляющим, установленных согласно конструкции в левую и правую стойки. Движение стола вниз производится под своим весом.

Грузоподъемность стола зависит от максимальной массы слябов, характерных для данного стана, и при укладке трех наиболее тяжелых слябов составляет величину - 135 т. Минимальное число (два - три сляба) принято, исходя из возможности обеспечения передачи очередной стопы слябов со склада подъемными кранами или передаточной тележки. Контакт между торцевыми поверхностями плунжеров гидроцилиндров и опорными узлами рамы контролируется контактными конечными выключателями типа КУ - 701 (на схеме они обозначены соответственно SQ1 и SQ2), установленными на кронштейнах 6.

С правым гидроцилиндром через речно-шестеренную передачу 7 сопрягается датчик типа arb-xOg17. Указанный датчик позволяет контролировать с высокой точностью текущее положение плунжера гидроцилиндра и крайние, верхние и нижние положение стола с обеспечением остановки его в этих положениях.

В процессе подъема стола со слябами возможно дискретное контролирование хода стола с фиксацией промежуточных положений, соответствующих толщине сляба.

На уровне, соответствующем верхней поверхности сляба на загрузочном рольганге, параллельно продольной оси стола прокладывается линия визирования фотореле. При этом осветитель может быть установлен по правую сторону от стола, а фотореле по левую.

Описание работы подъемного стола

Для приёма слябов стол находится в рабочем положении. Индикация механизма 20 единиц (одна единица соответствует одному миллиметру хода). Тележка со стопой слябов заходит своей консольной частью в пределы стола таким образом, чтобы стопа слябов оказалась над столом. Затем стол поднимается вверх, принимая на себя слябы и освобождая от них тележку.

Тележка уходит за очередным пакетом слябов, а стол поднимается на расчётное положение, при котором нижняя плоскость верхнего сляба находится на уровне верхней кромки роликов загрузочного рольганга. Расчет нижней плоскости слябов производится следующим образом: при движении подъёмного стола вверх в момент срабатывания третьего фотодатчика из шести установленных, в контроллер заносится фактическое положение подъёмного стола. Следующим шагом к этой величине прибавляется толщина сляба, задаваемая оператором с поста управления, и вычитается число коррекции равное разнице расстояния луча светового барьера и уровня рольганга. Число коррекции вносится в контроллер при настройке фотодатчиков. В дальнейшем стол поднимается на величину, соответствующую толщине сляба и при свободном загрузочном рольганге производится передача поднятого сляба на этот рольганг сталкивателем с подъёмного стола. Подъём очередного сляба на требуемый уровень представляется возможным только при нахождении сталкивателя в исходном положении. На уровне 8 и 978 единиц индикации подъёмного стола находится минимальный и максимальный конечный выключатель. При подъёме стола происходит синхронизация индикации и фактического положения механизма.

2.1.1 Разработка конструкции узла торсионного вала

Краткое описание и характеристика торсионного вала

Слябы металла имеют большую массу до 36тн. При контакте сталкивателя с металлическим слябом, на штанги возникает высокая нагрузка. В случае укладки слябов на стол не пропорционально, сталкиватель упирается в сляб не всейповерхностью. В таком положении нагрузка возникает на сталкиватель только с одной стороны и, поэтому, только на одну штангу. Под воздействием таких нагрузок не исключена возможность перекоса штанги, это может привести к выходу из стороя оборудования и выводу его из работы. Для исключения не ровной установки штанг сталкивателя устанавливается торсионный вал. Торсионный вал объединяет между собой обе штанги сталкивателя. Располагается в основании штанг. Поэтому вал синхронизирует совместное перемещение штанг. Не давая перекоса сталкивателя. Вал имеет большую раздницу в соотношении длины и диаметра. При выборе материалов для валов и осей, а так же и их термообработку оказывают влияние функции работоспособности, особенности конструкции, технологический процесс изготовления, условия работы. В некоторых случаях определяющим при выборе материалов и термообработки является работоспособность шлицев.

Основными материалами для изготовления валов и осей являются углеродистые и легированные стали. Использование легированной стали для валов обусловлено необходимостью высоких механических характеристик для сокращения габаритов и повышения надежности в ответственных случаях. Поперечные сечения валов, полученные по критерию жесткости, обеспечивают достаточную прочность даже в том случае, когда эти валы изготовлены из углеродистых конструкционных сталей. Для изготовления торсионного вала сталкивателя используют сталь 40 ХН. Вал работает под большими нагрузками, поэтому необходима большая твердость, которую получают закалкой токами высокой частоты. Торсионный вал имеет прочность 54-58 HRC [11].

Расчет вала на прочность от эквивалентного момента

Опорные реакции [5]:

RA = RB = F / 2 = 75,3 / 2 = 37,65 KH.

Максимальный изгибающий момент:

MMAX = RA • 6,64 = 125 KH•м.

Эпюра крутящего момента:

MKР = 100 • 10і H•M = 100 KH•м

Эквивалентный момент формула (2.1):

МЭКВ = v0,75МКРІ + МИЗГІ , Н•м. (2.1)

МЭКВ = v0,75 • (100 • 10і)І + (125 · 10і)І = 150·10і H•м.

Диаметр вала от эквивалентного момента:

d = іvМЭКВ ? 10і / 0,1 ? [у] =і?150?10і?10і / 0,1?160 = 215 мм < 220 мм,

где б = d / D = 110 / 220 = 0,5 (вал полый).

Условие прочности выполнено.

Расчет подшипников производим по требуемой динамической грузоподъёмности[7] формула (2.2):

СТР = Q • ?v(60 • n • Lh / 10) ? C? = 1000 KH, (2.2)

где m = 3- шариковые подшипники (3003156 ГОСТ 5721-75);

L h= 10час - долговечность работы торсионного вала.

h = 30 ? щ / р = 30 ? ? / р ? r = 30 ? 0,47 / 3,14 • 0,11 = 32 об/мин.

где ? = 0,47м/с - скорость подъёма;

r = D / 2 = 0,28 / 2 = 0,14м = 140 мм (D - диаметр вала).

Q=V • RA • KБ • КТ, кН

где V = 1 - вращается внутреннее кольцо подшипника;

A = 37650 Н.

Q = 37650 • 1,1= 41415 Н = 41,415 KH.

Откуда:

СТР = 41,415 • іv60 · 32 · 10 / 10 = 514,7 KH < 1000 KH.

Условие динамической грузоподъёмности выполнено, подшипник 3003156 ГОСТ 5721-75 пригоден.

Подбор и проверка шпонки

Рассчитываем шпонку крепления вала к муфте по 220. Крутящий момент, который действует на муфту с вала равен МКР = 100 KH • м.

Для соединения вала и муфты по 220 выбираем призматическую шпонку 50Ч28Ч250 ГОСТ 23360-75.

1)проверка на смятие формула (2.3):

усм = 2 • МКР • 10і / ? · K • E (d+k) ? [у]СП = 150 МПа, (2.3)

где ? = 1 - количество шпонок, К = 20 мм.

усм = 2 • 100000 • 10і / 1 · 20 · 250 (220 + 20) = 167 МПа > 150 МПа.

Условие прочности не выполнено, необходимо установить 2 шпонки

(? = 1) тогда:

усм? = 167 / 2 = 83,5 МПа.

Условие прочности выполнено.

2) проверка на срез:

фср = 2Мкр • 10і / z · в • е • d = 2 · 100000 · 10і / 2 · 50 · 250 · 220 = 36,4 МПа.

36,4 мПа < [у]ср = 100 МПа.

Условие прочности выполнено.

Проверочный расчет стяжных болтов , соединяющих крышку и корпус подшипника

Болты стяжные М48 ГОСТ 5915-70 - 4шт..

Материал крышки и корпуса - стальное литьё.

Материал болтов - сталь 3 (болты нормальной точности)

Толщина фланца крышки - h1 = 60 мм.

Толщина прокладки - h2 = 4 мм (алюминий).

На болтовое соединение действует внешняя сила, формула (2.4) равная опорной реакции :

FВ = RА = 37650 H (2.4)

Внешняя сила, приходящая на 1 болт:

F = FВ / 4 = 37650 / 4 = 9412,5 H.

Определяем осевую растягивающую силу, действующую на болт после предварительной затяжки и приложенной силы Fформула (2.5):

FA = [k (1-x) + x] • F, (2.5)

где к = 3 - коэффициент затяжки болта;

x = 0,5 - коэффициент внешней нагрузки.

FA = [3(1 - 0,5) + 0,5] • 9412,5 = 18825 H.

По ГОСТ 380-71 для Ст.3 предел прочности ут = 220 МПа.

Допускаемый коэффициент запаса прочности для болтов [S] = 2.

Определяем допускаемое напряжение на растяжение:

[ур] = 220 / 2 = 110 МПа.

Внутренний диаметр резьбы болта формула(2.6) :

d1 = 1,3 • vFA / [ур], мм (2.6)

d1 = 1,3 • v18825 / 110 • 10 = 0,017 м = 17 мм.

По ГОСТ 9150-88 для болтов принимаем резьбу М20 (с крупным шагом)

(d1 = 17,294 мм > 17 мм).

Имеем М20 < М48, т.е. условие выбора стяжных болтов оправдано и условия прочности выполняются.

2.2 Разработка гидропривода подъёмного стола

2.2.1 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

2.2.2 Определение нагрузочных и скоростных параметров гидродвигателя

Решение этой задачи производится на основании нагрузочных и скоростных параметров привода, приведённых в задании, и кинематической схемы передаточного механизма между выходным звеном гидродвигателя и рабочим органом установки.

По заданию даны:

- гидродвигатель поступательного движения - гидроцилиндр плунжерный (2 гидроцилиндра);

- движение рабочего органа поступательное;

- максимальное осевое усилие Rmax = 3374 кН;

- наибольшая линейная скорость Vmax= 0,03 м/с.

Гидропривод подъемного стола состоит из двух параллельно установленных в линии гидроцилиндров и распределительной аппаратуры.

На основании параметров привода определяются максимальная скорость и максимальное осевое усилие:

V д max = Vmax = 0,03 м/с;

R д max = Rmax = 3374 кН.

2.2.3 Определение геометрических параметров и выбор ГД

Основными параметрами плунжерного гидроцилиндра являются диаметры поршня и рабочее давление.

Диаметр поршня плунжерного гидроцилиндра по формуле (2.7).

(2.7)

где р1 - давление соответственно в напорной полости гидроцилиндра.

р1 = 2/3· pн

Предварительно выбираем насос, у которого pн=32 МПа

р1 = 2/3·32 = 21,33 МПа;

Принимаем: р2 = 0,9 МПа.

Отсюда диаметр плунжера при усилии на один ГЦ R д max / 2= 3374 / 2 = 1678 кН:

м

По полученному значению d выбирается стандартный гидроцилиндр, у которого диаметр поршня dст> dпл

dст = 250 мм.

Основные параметры гидроцилиндра по ГОСТ 6540-68:

- диаметр плунжера Dст=250 мм

- ход плунжера s=1000 мм;

- рном =32 МПа.

2.2.4 Составление принципиальной схемы гидропривода

Принципиальная схема ГП выполняется в соответствии с ГОСТ на правила выполнения гидравлических схем и условные графические изображения их элементов . Комплексы гидроаппаратов, входящих в состав насосных установок, гидроблоков управления, гидропанелей и других узлов, выделяются на схеме штрихпунктирными линиями.

Способы управления распределителями и соответственно их обозначения определяются при выборе гидроаппаратов и после этого указываются на принципиальной схеме.

Источником давления в гидросистеме является насос Н с регулировкой объема подачи. В напорной линии установлен обратный клапана КО1 для предотвращения слива жидкости в бак ГБ при выключенных насосах. Предохранительный клапан КП1 служит для предохранения системы от перегрузки. Для регулирования потока жидкости используется гидрораспределитель, схема распределения потока - 44. Для предотвращения самопроизвольного опускания стола в гидросистеме установлен гидрозамок ГЗ (клапан обратный управляемый). Регулирование скорости опускания стола производится дросселем ДР1, установленным на сливе. Фильтрация рабочей жидкости осуществляется фильтром Ф1, установленным в сливной линии.

Для управления срабатыванием гидрозамка на слив служит управляющая линия. Питание линии осуществляется от вспомогательного насоса насосной установки Н. Для предотвращение обратного хода рабочей жидкости к насосу служит обратный клапан КО2. Предохранительный клапан КП2 служит для предохранения управляющий линии от перегрузки. Регулирование направления потока осуществляется гидросраспределителм РР2, схема распределения потока. Гидравлическая схема установки показана на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Гидравлическая схема привода

Подъем стола:

Включается электромагнит ЭМ1 распределителя РР1, ЭМ3 распределителя РР2 выключен. Управляющая линия разгружена и соединена с баком. Через гидрозамок ГЗ рабочая жидкость свободно поступает в гидроцлиндры.

Потоки жидкости основной напорной линии движутся следующим образом рисунок 2.3.

Рисунок 2.3 - Схема потоков жидкости при подъеме стола

Стоп - отключается электромагнит ЭМ1. Гидрозамок ГЗ под напором жидкости из гидроцилиндров закрывается и предотвращается самопроизвольное опускание стола.

Опускание стола:

Включается электромагнит ЭМ2 распределителя РР1 и ЭМ3 распределителя РР2. Гидрозамок ГЗ под действием давления рабочей жидкости из управляющей линии открывается. Рабочая жидкость из гидроцилиндров самопроизвольно спускается в бак под тяжестью стола.

Потоки жидкости движутся следующим образом рисунок 2.4.

Рисунок 2.4 - Схема потоков жидкости при опускании стола

Стоп - отключаются электромагниты ЭМ1 и ЭМ3. Управляющая линия разгружена и соединена с баком. Насосы разгружаются в БАК через предохранительные клапана.

2.2.5 Расчет и выбор насосной установки

Выбор насосной установки осуществляется исходя из требуемых расхода жидкости и давления в гидроприводе.

Для плунжерного гидроцилиндра расход от насоса идет только при быстром подводе БП расчет производится по формуле(2.8):

, м3/с, (2.8)

где F1ст - эффективная площадь гидроцилиндра формула (2.9);

VДmax = 0,03 м/c.

м2. (2.9)

м2.

Расход, необходимый для одного гидроцилиндра:

м3 (88,2 л/мин)

Расход, необходимый для двух гидроцилиндров.

м3 (176,4 л/мин)

Номинальная подача насоса должна превышать QБП:

Qн >QБП

Величина требуемого давления на выходе из насоса формула (2.10) :

рн=р1 + Дрн , (2.10)

где Дрн - суммарные потери давления в линии, соединяющей насос с гидроцилиндром при обратном ходе.

Потери давления могут быть определены только после разработки гидропривода, поэтому предварительно выбор насосной установки производится, приняв:

МПа

На основании полученных значений из выбираем модель насосной установки и насоса. Техническая характеристика насоса:

1. Номинальный рабочий объем насоса, см3:

аксиально-поршневого - 244;

шестеренного - 28.

2. Подача насоса, л/мин:

аксиально-поршневого - 20…200;

шестеренного - 22.

3. Давление на выходе из насоса, МПа:

аксиально-поршневого:

номинальное - 32;

максимальное - 40.

шестеренного:

номинальное - 2,5;

максимальное - 3,0.

Для насоса выбираем насосную установку:

ТУ2-053-1535-80

где 3 - исполнение по высоте гидрошкафа, Н = 1850 мм;

Н - исполнение по расположению и количеству агрегатов: два агрегата (перед щитом и за щитом);

Л - расположение насосного агрегата левое;

УХЛ - климатическое исполнение;

5 - исполнение по вместимости бака 250 л;

НАМ 74М - 224/32М/4А132М6 - в числителе - тип комплектующего насоса; в знаменателе - электродвигатель;

9Г49 - 33 - номер насосного агрегата.

2.2.6 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

2.2.7 Выбор гидроаппаратуры

Параметрами для выбора гидроаппаратуры является величина расхода жидкости и рабочего давления в той линии, где установлен аппарат. Номинальные значения расхода и давления - ближайшие большие к расчетным значениям. Выбранные аппараты должны соответствовать заданному способу монтажа. При выборе направляющей аппаратуры предпочтение отдаём распределителям типа В, отличающимся меньшими габаритами и металлоёмкостью.

2.2.8 Расчет трубопроводов

Для нахождения диаметров трубопроводов зададимся скоростью движения жидкости согласно рекомендуемым в зависимости от давления в гидросистеме p = 32 МПа:

- для напорной и напорно-сливной линии uрек = 5 м/с;

- для сливной линии uрек = 2 м/с.

В качестве трубопроводов применяем стальные трубы ГОСТ 8734-75.

Внутренний диаметр участка трубы определяем по формуле (2.11).

, м, (2.11)

где Q - максимальный расход рабочей жидкости через трубу, м3/с;

uрек - рекомендуемая скорость течения рабочей жидкости, м/с.

Толщину стенки участка трубы определяем по формуле (2.12).

, мм (2.12)

где P - максимальное давление рабочей жидкости в трубе, МПа;

[у] - допускаемое напряжение на растяжение, для стали увр = 340 МПа;

kб - коэффициент запаса, kб = 2…8.

Напорный трубопровод 1-2:

м3/с = 200 л/мин, uрек = 5 м/с

м (29 мм)

Выбираем трубу 45х8 ГОСТ 8734-75.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Напорно-сливной трубопровод 3-4:

м3/с = 176,4 л/мин, uрек = 2 м/с

м (43 мм)

Выбираем трубу 63х10 ГОСТ 8734-75.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Напорно-сливные трубопроводы 4-5, 4-6:

м3/с = 88,2 л/мин, uрек = 2 м/с

м (30,6 мм)

Выбираем трубу 48х8 ГОСТ 8734-75.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Сливные трубопроводы 7-8, 9-10:

м3/с = 176,4 л/мин, uрек = 2 м/с

м (43 мм)

Выбираем трубу 51х4 ГОСТ 8734-75.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Сливной трубопровод 11-12:

м3/с = 200 л/мин, uрек = 2 м/с

м (46 мм)

Выбираем трубу 54х4 ГОСТ 8734-75.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Проверяем условие :

мм - условие выполнено.

Для соединения трубопроводов используем фланцевые соединения

2.2.9 Определение потерь давления

2.2.10 Потери давления в гидроаппаратах

При определении перепадов давлений исходят из расходов, на которые рассчитана гидроаппаратура. Действительные перепады давлений отличаются от справочных взятых предварительно для расчета. Поэтому необходимо уточнить их значения.

Потери давления в аппаратах определяются по формуле(2.13).

, МПа, (2.13)

где Дp0 - перепад давления открывания или настройки аппарата, МПа;

A и B - коэффициенты аппроксимации экспериментальной

Qmax - максимальный расход рабочей жидкости через гидроаппарат.

Коэффициенты аппроксимации экспериментальной зависимости потерь давления найдем по формулам (2.14).

, МПа · с/м3 , МПа · с2 / м6 (2.14)

где Дp0 - перепад давления открывания или настройки аппарата, МПа;

Дpном - потери давления при номинальном расходе, МПа;

Qном - номинальный расход гидроаппарата, МПа.

Номинальный расход, перепад давления открывания или настройки аппарата и потери давления при номинальном расходе указываются в характеристиках на гидроаппарат.

Согласно схемы быстрого подвода наибольшее влияние на потери давления оказывают: клапан обратный КО1, гидрораспределитель РР1 и гидрозамок ГЗ.

Приведем расчет потерь давления для гидрораспределителя РР1:

- л/мин (0,003 м3/с);

- МПа;

- МПа.

Коэффициенты аппроксимации:

МПа · с/м3

МПа · с2 / м6

Быстрый подвод (БП):

Максимальный расход м3/с.

МПа

Рассчитанные значения перепадов давлений для остальных гидроаппаратов представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Расчетные значения полных перепадов давления в гидроаппаратах

Для нахождения потерь давления по длине трубопроводов вычислим числа Рейнольдса по формуле (2.15).

, (2.15)

где u - фактическая скорость течения жидкости в трубопроводе, м/с;

- кинематический коэффициент вязкости жидкости, м2/с.

Потери давления на вязкое трение определяются по формуле (2.16)

, МПа, (2.16)

где - плотность рабочей жидкости, кг/м3;

Qmax - максимальный расход жидкости в линии, м3/с;

i - коэффициент гидравлического трения на - том участке;

Li - длина i - го участка трубопровода, м;

dст - внутренний диаметр i - го участка трубопровода, м;

fcn - площадь внутреннего сечения i - го участка, м.

Для гладких цилиндрических трубопроводов определяется:

при ламинарном режиме i = ;

при турбулентном режиме i = ,

Расчет потерь давления приведем для напорного трубопровода на участке 0-1 при максимальных значениях расхода жидкости. На данном участке используется труба 45х8 ГОСТ 87342-75.

- длинна трубопровода м;

- внутренний диаметр трубопровода м;

- максимальный расход жидкости м3/с.

Рабочая жидкость И-50А ГОСТ 20799-75:

- плотность рабочей жидкости кг/м3;

- кинематический коэффициент вязкости м2/с.

Площадь внутреннего сечения трубопровода по формуле (2.17)

, м2. (2.17)

м2.

Фактическая скорость жидкости в трубопроводе по формуле (2.18).

, м/с, (2.18)

м/с

Число Рейнольдса: - поток турбулентный.

Коэффициент гидравлического трения:

Па (0,0053 МПа)

Рассчитанные значения потерь на остальных участках трубопроводов представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Потери давления по длине труб

2.2.11 Местные потри давления

Местные потери складываются из потерь в различных местных сопротивлениях (углы, тройники, изменение диаметра и т.д.) и определяются по формуле (2.19)

, МПа, (2.19)

где жj - коэффициент j-го местного сопротивления;

nн - число местных сопротивлений;

fМj - площадь внутреннего сечения трубопровода перед j - тем сопротивлением.

Полный расчет местных потерь произведем для местного сопротивления типа «тройник» на участке 1-2:

- местное сопротивление - резкое сужение (вход в плиту)

- количество местных сопротивлений n = 1;

- диаметр трубопровода Ф29/Ф20 мм;

- коэффициент местного сопротивления d0/d = 20/29 = 0,69 => => ж= 0,33;

Па (0,0169 МПа)

Остальные рассчитанные местные потери приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Местные потери давления для этапа быстрого подвода

2.2.12 Проверка насосной установки

Результаты расчета местных потерь давления сводим в таблицу 2.4.

Таблица2.4 - Суммарные потери давления

По полученным данным уточняем расчет насосной установки по давлению расчет производим по формуле(2.20).

Рнтреб = Р1 + Р? = 21,33 + 1,142 = 21,472 Мпа (2.20)

Так как требуемое давление насоса Рнтреб= 21,472 МПа не превышает номинального Рн=32 МПа, создаваемого насосом, то выбранная насосная установка соответствуют требуемым параметрам.

2.3 Разработка привода сталкивателя слябов

2.3.1 Описание конструкции, назначения и принцип действия сталкивателя слябов

Сталкиватель слябов предназначен для сталкивания слябов с подъемного стола на рольганг загрузки нагревательных печей стана 2000.

Привод сталкивателя слябов состоит из следующих основных узлов:

- электродвигатель переменного тока с возможностью реверсирования. Электродвигатель снабжен электромеханическим тормозом.

- двухступенчатого цилиндрического редуктора.

- реечной передачи.

Вращение от вала электродвигателя передается через муфту на быстроходный вал редуктора. От тихоходного вала редуктора через муфту вращение передается на опорный вал реечной передачи. На рейке смонтирована штанга, которая перемещается по направляющим с помощью кареток с подшипниками качения.

Для предотвращения выхода из зацепления рейки с валом - шестерней предусмотрены конечные выключатели. Торможение штанг осуществляется с помощью электромагнитного тормоза. Вал-шестерня реечной передачи смонтирован на подшипниках качения(рисунок 2.5).

Рисунок 2.5- Принципиальная схема сталкивателя

2.3.2 Разработка и описание кинематической схемы привода рисунок 2.6

Рисунок 2.6 - Кинематическая схема привода

От двигателя переменного тока (1) вращающий момент через муфту (2) передается на быстроходный вал редуктора (3). Тихоходный вал редуктора соединен с валом-шестерней (5) муфтой (4). Вал размещен в закрытом корпусе на двух подшипниковых опорах. Посредством реечной передачи (6) крутящий момент передается на штангу сталкивателя.

2.3.3 Энергокинематический расчёт привода

Исходные данные

Для подбора электродвигателя выполним энергокинематический расчет привода.

Для определения общего КПД привода устанавливаем источники потери мощности на основе анализа кинематической схемы привода. В данном приводе к ним относятся: муфта, цилиндрическая передача, подшипники качения.

Источниками потерь в данной схеме являются:

По справочным таблицам находим значения КПД указанных потерь:

КПД общую находим по формуле (2.21)

зз м = 0,99

зп к = 0,99

зз п = 0,96

зобщ = з2з м •з4п к •з3з п (2.21)

зобщ = 0,992• 0,994•0,963 = 0,83

Выбор электродвигателя

Мощность на выходном валу:

При выборе электродвигателя должно соблюдаться условие

NЭЛ ?Np

По значению Np делаем вывод, что существующий электродвигатель переменного тока ДП - 72 удовлетворяет условиям.

Техническая характеристика двигателя:

Двигатель переменного тока ДП - 72.

Nдв = 67 кВт , nдв= 1120 об / мин;

Определение крутящих моментов на валах.

Передаточное отношение двухступенчатого редуктора:

u ред. = 1120 / 24,8 = 25

Определяем значения частот вращения и моментов на валах:

Определим максимальный крутящий момент на вал - шестерне:

Вал электродвигателя n 1(эл max) = 1120 об/мин

Быстроходный вал редуктора n 2 = n 1 = 1120 об/мин

Тихоходный вал редуктора n 3 = n 2 / u ред = 1120 / 25 = 39,7 об/мин

Вал - шестерня n 4 = n 3 = 39,7 об/мин

1 = n1 / 30 = 3,14 • 1120 / 30 = 117,2 с-1

2 = n2 / 30 = 3,14 • 1120 / 30 = 117,2 с-1

3 = n3 / 30 = 3,14 • 39,7 / 30 = 4,15 с-1

4 = 4,15 с-1

Определим крутящие моменты на валах по формуле(2.22).

, (2.22)

где Ni - мощность приводимая к i - му валу по формуле(2.23)

I - угловая скорость i - го вала.

Ni = Ni-1 •i-1, (2.23)

Подставив значения в формулу мощности получим:

N1 = 67 кВт;

N2 = N1 • м,· п.кач. = 67 • 0,992 = 65,66 кВт

N3 = N2 • ред,· п.кач. = 66,33 • 0,992 • 0,99 = 59,91 кВт

N4 = N3 • м, • п.кач. = 59,91 • 0,96 · 0,99 = 58,13 кВт

Крутящие моменты:

T1 = N1 / 1 = 67000 / 117,2 = 571,7 Нм

T2 = N2 / 2 = 65660 / 117,2 = 565,9 Нм

T3 = N3 / 3 = 59910 / 4,15 = 14291,5 Нм

T4 = N4 / 4 = 58130 / 4,15 = 14007,2 Нм

2.3.4 Подбор редуктора привода сталкивателя слябов

Редуктор относится к стандартным изделиям, параметры которого регламентированы ТУ. Каждый тип редуктора имеет условное обозначение (марку и основные параметры), которые приводятся в специальных справочниках. Тип редуктора и схема сборки определяется передаточным отношением редуктора и особенностями привода ( взаимным расположением входных концов).

Марку редуктора подбираем с учетом условия: Ттих.треб.<= Тред.станд.

Передаточное отношение редуктора равно 25, соответственно при передаточных числах от 8 до 30 выбираем двухступенчатый редуктор. Момент на тихоходном валу равен 14291,5 Нм, согласно этого значения, с учетом выше названного условия, подбираем по справочным материалам редуктор.

Редуктор марки ЦД2_1160 (цилиндрический двухступенчатый) с максимальным крутящим моментом Мб =4250 кг м. = 42500 нм

Число оборотов быстроходного вала - nб=1500 об / мин.

Передаточное число редуктора _uред = 25

Межосевое расстояние А 1, 2 = 450мм, 710мм

На быстроходной и тихоходной ступенях зубчатые колеса выполнены косозубыми. Техническая характеристика представлена в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Техническая характеристика редуктора

2.3.5 Расчёт и проектирование реечной передачи

Подбор материала реечной передачи

Назначаем материал вала-шестерни и рейки. В нашем случае для вала-шестерни и рейки выбираем широко распространенную в машиностроении сталь 40ХН (поковка). Термообработка: улучшение с твердостью НВ2 < 350 НВ 235…262; ед., ув = 800 Н/мм2, ут = 630 Н/мм2 .

Геометрический расчет реечной передачи

Допускаемые напряжения реечной передачи.

Допускаемые напряжения для расчета на контактную выносливость определяют по зависимости формула(2.24).

, (2.24)

где - предел контактной выносливости зубьев.

НВср =

= 2·HB + 70 = 2·248 + 70 = 567 мПа

KHL - коэффициент долговечности.

Для улучшенных колес KHL= 1,6

[SH] - коэффициент безопасности. [SH] = 1,1

[уH] = 567·1.6 / 1.1 = 824 мПа

Определяем значение делительного диаметра по формуле(2.25).

d1 = , (2.25)

где Кн - коэффициент нагрузки определяем по формуле (2.26).

Шd - коэффициент ширины Шd = 0,4

Кн = Кнб· Кнв· Кнн, (2.26)

где Кнб - коэффициент распределения нагрузки

Для прямозубых передач Кнб = 1

Кнв - коэффициент концентрации

Кнв = Кнв0· (1-х) +х = 1,23·(1-0,7) +0,7 = 1,07

Кнн = 1 , т.к. н < 1 м/с

Кн = 1·1,07·1 = 1,07

d1 = = 391 мм

Допускаемые напряжения для расчета на изгибную выносливость определяют по зависимости: /[SF]

уF·limb - предел выносливости

[SF] - предел безопасности [SF] = 1,75

уF·limb = 1,8 HB = 1,8·248 = 447,3 мПа

[уF] = 447,3 / 1,75 = 255 мПа

Для реверсивных передач уменьшаем допускаемое напряжение на изгиб на 25 %.

[уF] = 255·0,75 = 191 мПа

Определяем предварительное значение модуля по формуле(2.27).

m1 = , (2.27)

где KF - коэффициент нагрузки по изгибу по формуле(2.28).

KF = KFв · KFн, (2.28)

где KFв - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине зуба;

KFн - коэффициент , учитывающий динамическое действие нагрузки;

KFв = 1,05 ; KFн = 1.

M1 = = 27.4 мм

примем m = 28 мм

Определение числа зубьев вал - шестерни:

Z1 = d1 / m = 391 / 28 = 13.9

Округляем количество зубьев до z = 14

Уточняем значение делительного диаметра по формуле(2.29).

d = m · z1,мм, (2.29)

d = 28 · 14 = 392 мм

Диаметр вершин зубьев по формуле(2.30).

dб1 = d + 2( hб + x1 )m, (2.30)

где hб - коэффициент высоты головки;

х1 - коэффициент смещения;

х1 =0,52; hб =1.

dб1 = 392 + 2(1+0,52)28 = 473мм

диаметр впадин по формуле(2.31).

df1 = d - 2( hб+ c- x1)m, (2.31)

где c- коэффициент радиального зазора;

c=0,25.

df1 = 392 - 2(1+0,25-0,52)m = 351 мм

Толщина зуба на поверхности делительного цилиндра в торцовом сечении

st = ( 0.5р + 2x1tgб)m / cos в = (0.5·3.14 + 2·0.52·tg20)28 / cos 0 = 54 мм

Расчет рейки

Нормальный шаг

Рn = р · m = 3.14 · 28 = 87.92 мм

Число зубьев по формуле(2.32).

Z2 = L / Рn + 0.5, (2.32)

где L - рабочий ход сталкивателя , мм

Z2 = 3400 / 87.92 + 0.5 = 40

Высота зуба

h = (2· hб+ c)m = (2·1+0.25) 28 = 63 мм

Высота головки зуба

hб = hб • m = 1 · 28 = 28 мм

Толщина зуба

Sу = 0.5рm = 0.5·3.14·28 = 43.96 мм

Передаточное отношение реечной передачи

u = z2 / z1 = 40 / 14 = 2.8

Ширина рейки

b = ( 2 … 10 ) m =9,8·28= 275 мм

Расчет зубьев реечной передачи на контактную прочность и изгиб

Проверка передачи на контактную выносливость по формуле(2.33).

, (2.33)

Окружная сила

Ft =

= 709 H / мм2

Проверка зубьев на изгибную выносливость по формуле(2.34).

, (2.34)

где Yв - коэффициент, учитывающий наклон зуба. Для прямозубых Yв = 1;

YF - коэффициент формы зуба. YF = 4,28.

уF = = 42.9 H / мм2

Проверка передачи на кратковременную пиковую нагрузку.

Максимальные контактные напряжения на рабочих поверхностях зубьев по формуле(2.35).

, (2.35)

Максимальное напряжение изгиба в зубьях зубчатых колес.

При действии кратковременных перегрузок зубья проверяют на пластическую деформацию по формуле(2.36).

, (2.36)

Силы, действующие в зацеплении.

Окружная сила

Радиальная сила

2.3.6 Ориентировочный расчёт и конструирование приводного вала

Данный расчет выполняется как проектный с целью определения предварительного диаметра вала, при этом учитывается только крутящий момент, значение которого находится по результатам энергокинематического расчета. Влияние изгиба вала компенсируется понижением допускаемых напряжений при кручении.

d = 180 мм

допускаемое напряжение при кручении, для стальных валов,

15….25 мПа.

Выходной вал редуктора и приводной вал открытой цилиндрической передачи соединяются посредством муфты поэтому предварительный диаметр приводного вала согласуем с посадочным диаметром муфты.

Минимальный диаметр вала получаем 180 мм.

Длина первой ступени вала

Первая ступень рассчитана для установки зубчатой полумуфты.

Принимаем: d1 = 180 мм, l1 = 180 мм;

Вторая ступень промежуточная. Высота бурта для опоры полумуфты 5 мм.

Принимаем: d2 = 190 мм, l2 = 180 мм;

Третья ступень вала рассчитана под канавку для упорных полуколец.

Принимаем: d3 = 175 мм, l3 = 16 мм;

Четвертая ступень вала рассчитана под вспомогательную опору (подшипник качения), поэтому диаметр вала на этом участке согласуем с диаметром внутреннего кольца подшипника

Длина четвертой ступени исходя из конструктивных особенностей и предполагаемого подшипника.

Принимаем: d4 = 190 мм, l4 = 240 мм;

Пятая ступень вала - упорный бурт. Диаметр выбираем ориентируясь на подшипник и исходя из конструктивных особенностей конструкции.

Принимаем: d5 = 220 мм, l5 = 37,5 мм;

Шестая ступень вала рассчитана под установку бандажа - для регулирования зазора между вал - шестерней и рейкой.

Принимаем: d6 = 280 мм, l6 = 90 мм;

Цилиндрическая шестерня находится на седьмой ступени.

Принимаем: d7 = 477 мм, l7 = 275 мм;

Восьмая ступень вала рассчитана под установку бандажа - для регулирования зазора между вал - шестерней и рейкой.

Принимаем: d8 = 280 мм, l8 = 90 мм;

Девятая ступень - упорный бурт. Диаметр выбираем ориентируясь на подшипник и исходя из конструктивных особенностей конструкции. Принимаем: d9 = 220 мм, l9 = 37,5 мм;

Десятая ступень вала рассчитана под вспомогательную опору (подшипник качения), поэтому диаметр вала на этом участке согласуем с диаметром внутреннего кольца подшипника.

Принимаем: d10 = 190 мм, l10 = 240 мм;

Одиннадцатая ступень вала рассчитана под канавку для упорных полуколец.

Принимаем: d11 = 175 мм, l11 = 16 мм;

Двенадцатая промежуточная. Высота бурта для опоры полумуфты 5 мм.

Принимаем: d12 = 190 мм, l12 = 180 мм;

Тринадцатая ступень рассчитана для установки зубчатой полумуфты.

Принимаем: d13 = 180 мм, l13 = 180 мм;

Вал изображен на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Эскиз приводного вала цилиндрической открытой передачи

2.3.7 Предварительный выбор подшипников и корпусов подшипниковых узлов приводного вала

Проектирование начинаем с выбора типа опоры (качения, скольжения). Нагрузки и скорость вала располагаются в пределах, допускаемых для подшипников качения. Эти опоры проще и дешевле, легче обеспечивается смазка и защита от загрязнения. Подшипники качения разных типов отличаются величиной и направлением воспринимаемой нагрузки, формой и числом тел качения, способностью самоустанавливаться, жесткостью в осевом и радиальном направлениях, быстроходностью, стоимостью, точностью изготовления и другим признакам.

Выберем тип подшипника с учетом конкретных условий эксплуатации. Основными требованиями к опорам приводного вала являются: высокая грузоподъёмность, жесткость, способность передавать большие мощности, незначительная окружная скорость, способность воспринимать преимущественно радиальные нагрузки, т.е. нагрузку, действующую перпендикулярно оси вращения подшипника. Особенностью данной реконструкции является использование существующих посадочных мест. Согласно всех перечисленных требований к опорам, наиболее подходящими вариантами являются подшипники роликовые конические двухрядные.

По посадочным диаметрам подбираем марки и условное обозначение подшипников. Рассмотрим характеристику подшипников в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Техническая характеристика подшипников

Выбираем корпус УМ320 ГОСТ 13218.80

Выбор крышек подшипника МН 320*200 ГОСТ 13219.6-81

2.3.8 Проверка долговечности подшипников

Построение расчетной схемы приводного вала

Составляем расчетную схему вала на основе эскизной компоновки. При этом производится схематизация конструкций, опор, действующих нагрузок. Подшипники, воспринимающие только радиальные нагрузки, заменяются шарнирно-подвижными опорами. Силы на вал передаются через поставленные на него детали и узлы. Принимается, что эти детали и узлы передают силы посередине своей рабочей ширины. Так как в компоновке вала правая опора используется лишь как вспомогательная и на распределение сил не влияет, то проведем расчет без ее учета. Расчетная схема приводного вала показана на рисунке 2.7

Рисунок 2.7 - Расчетная схема приводного вала

подъемный стол сталкиватель сляб

где -консольная сила от муфты, 7

Определение реакций опор

Они определяются из уравнений моментов:

Рассмотрим плоскость ZOX.

M A = 0 Fr • l2 _ Rbz • (l2+l3) = 0

M B = 0 _Fr • l3 + Raz • (l2+l3) = 0

Rbz = Raz = = 13005,6 H

Рассмотрим плоскость YOX.

M A = 0 _Fm• l1 + Ft • l2 + Rby • (l2+l3) + Fm • (l3+l4+ l4) = 0

M B = 0 -Fm • (l1+l2+ l3) _ Ray • (l2+l3) + Ft • l3 + Fm • l4 = 0

Rby = Ray = =

=6

Составляющие опорных реакций суммируются геометрически

В результате расчета получены усилия, действующ6ие на опоры А и В.

Сведем данные в таблицу 2.7

Таблица 2.7 - Усилия действующие на опоры Аи В

Расчетную долговечность подшипника определяют по формуле(2.37).

, (2.37)

4

Подшипники пригодны для машины, если расчетная долговечность больше или равна требуемой . Рекомендуемые значения приведены в справочной литературе. Для машин с кратковременной и прерывистой эксплуатацией, с повышенными требованиями к надежности, рекомендуемые значения ресурсов подшипников.

= 8000….12000 часов. Исходя из этого, следует:

для опоры А 388456912000

для опоры В 388456912000

Делаем вывод, выбранные подшипники пригодны для машины.

2.3.9 Уточнённый расчёт приводного вала

Уточненный расчет выполняется как проверочный, с целью определения коэффициента запаса усталостной прочности в опасных сечениях вала. Расчет выполняется в паре с ориентировочным.

Признаком опасных сечений является:

- пиковое значение нагрузок _ моментов;

- наличие источников концентраций напряжений (канавок, шпоночных пазов, посадок с натягом).

RA= 66,6 кН ; RВ= 66,6 кН.

Определение изгибающих моментов и построение эпюр с целью выявления опасных сечений рисунок 2.8.

Плоскость ZOX

Сечение1-1, смотреть со стороны опоры А

Сечение 2-2

Сечение 3-3

Сечение 4-4

6

Эпюра изгибающих моментов в плоскости ZOX приводного вала, М,кНм

Эпюра изгибающих моментов в плоскости YOX приводного вала. М,кНм

Эпюра крутящих моментов приводного вала, Т кН*м.

Плоскость YOX

Рисунок 2.8 - Эпюры моментов приводного вала

Сечение 1-1, смотреть со стороны опоры А

Сечение 2-2

Сечение 3-3

Сечение 4-4

Самый большой изгибающий момент в сечении вала 3-3.

М3-3=47,931 кНм

Проверочный расчет вала на выносливость:

Определение коэффициента запаса прочности по формуле(2.38).

, (2.38)

[S] = 1.5 - 3

где Sу - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

Sф - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

Определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям по формуле(2.39), (2.40).

Sу = , (2.39)

Sф = , (2.40)

Определим пределы выносливости в расчетном сечении вала расчет производим по формуле(2.41), (2.42):

(у-1)D = , (2.41)

(ф-1)D = , (2.42)

у-1 = 380 H / мм2

ф-1 = 0,58 у-1 = 0,58·380 = 220,4 H / мм2

Определим напряжения в сечении по формуле(2.43), (2.44).

уa = , (2.43)

фa = , (2.44)

Суммарный изгибающий момент:

уa =

фa =

(у-1)D = 380 / 2,9 = 131,03 H / мм2

(ф-1)D = 220,4 / 2,6 = 84,76 H / мм2

Коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений расчет по формуле(2.45), (2.46).

, (2.45)

, (2.46)

где Kу и Кф - эффективные коэффициенты концентрации напряжений,

Kу = 1,45 Кф = 1,3;

Кd - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного

сечения, Кd = 0,5;

КF - коэффициент влияния шероховатости, КF = 1.

Sу = 131,03 / 11,14 = 11,72

Sф = 84,76 / 1,61 = 52,6

S =

11,44 > 3,0 , следовательно, проверочный расчет вала на выносливость в опасном сечении вала в отношении прочности прошел.

2.3.10 Подбор муфт

В данной конструкции привода применены зубчатые муфты типа МЗ.

Для зубчатых муфт максимальный расчетный момент Мк, который муфта может передать и по которому муфта определяется по формуле(2.47).

Мк = k1 • k2 • Т, (2.47)

где k1 - коэффициент безопасности, равный 1,2;

k2 - коэффициент условия работы муфты, равный 1;

Т - момент передаваемый муфтой.

Мк1 = k1 • k2 • Т1 = 1,2 • 1 • 571,7 = 686,04 Нм

Мк3 = k1 • k2 • Т3 = 1,2 • 1 • 14291,5 = 17149,8 Нм

Исходя из полученных значений и диаметров валов подбираем муфты данные в таблице 2.8:

для вала №1 МЗ- 7 ГОСТ 5006-87

для вала №2 МЗ 10 ГОСТ 5006-55

Таблица 2.8 - характеристики муфт

2.3.11 Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений

Размеры шпонок нормированы, шпонки призматические обыкновенные ГОСТ 23360-78. Размеры сечений (b · h) принимаются в зависимости от диаметра вала - d. На приводном валу рассчитываемой нами зубчатой передачи применяется шпоночное соединение для крепления зубчатой муфты. Диаметр этого участка приводного вала равен 180 мм, исходя из которого подбираем номинальные размеры шпонок. Ширину шпонок выбираем равной (0,25ч 0,30) d, тогда для вала сечением 180 мм ширина шпонки будет равна 45 ч 54 мм. Размеры сечений призматических шпонок выбираем стандартные : 4525мм.. Для нашего вала длина шпонки =200 мм. ГОСТ23360-78.

Проверочный расчет призматических шпонок производится по формулам:

а) на смятие по формуле(2.48).

, (2.48)

б) на срез по формуле(2.49).

, (2.49)

где ,-действительное и допускаемое напряжения на смятие для шпоночного соединения;

,- действительное и допускаемое напряжения на срез для шпоночного соединения;

-крутящий момент, передаваемый соединением;

-диаметр вала ;

, , -высота, ширина, рабочая длина шпонки.

Чаще всего ограничиваются расчетами на смятие.

Находим действительное напряжение смятия для шпоночного соединения:

см1 = (4 • 14291,5 • 103) / (180 • 200 • 25) = 63,52 Н/мм2

2.4 Расчёт и конструирование торцевой фрезы

2.4.1 Фрезерование

Фрезерование является одним из наиболее распространённых и высокопроизводительных способов механической обработки резанием. Обработка производится многолезвийным инструментом - фрезой.

Фрезерование-обработка резанием металлических и неметаллических материалов, при котором режущий инструмент - фреза имеет вращательное движение, а обрабатываемая заготовка - поступательное.

Фрезерование осуществляется на фрезерных станках.

Различают два основных вида фрезерования : тангенциальное, при котором режущие лезвия вращающегося цилиндрического инструмента образуют обработанную поверхность параллельно оси его вращения, и радиальное, когда лезвия вращающегося инструмента образуют обработанную поверхность перпендикулярную к оси его вращения.

Фрезерованием обрабатываются горизонтальные, вертикальные, наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы и пазы различного профиля. Особенностью процесса резания при фрезеровании является то, что зубья фрезы не находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью всё время. Каждое лезвие фрезы последовательно вступает в процесс резания, изменяя толщину срезаемого слоя от наибольшей к наименьшей, или наоборот. Одновременно в процессе резания могут находиться несколько режущих кромок. Это вызывает ударные нагрузки, неравномерность протекания процесса, вибрации и повышенный износ инструмента, повышенные нагрузки на станок.

Как тангенциальное (например, цилиндрической фрезой), так и радиальное (например, торцевой фрезой) фрезерование может осуществляться двумя способами, зависимости от направления движения подачи заготовки:

- встречное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, противоположно направлению движения подачи;

- попутное фрезерование, когда направление движения режущей кромки фрезы, находящейся в процессе резания, совпадает с направлением движения подачи.

При встречном фрезеровании нагрузка на зуб возрастает от нуля до максимума, силы, действующие на заготовку, стремятся оторвать её от стола, а стол поднять. Это увеличивает зазоры в системе СПИД (станок - приспособление - инструмент - деталь), вызывает вибрации, ухудшает качество обработанной поверхности. Этот способ хорошо применим для обработки заготовок с коркой, производя резание из-под корки, отрывая её, тем самым значительно облегчая резание. Недостатком такого способа является большое скольжение лезвия по предварительно обработанной и наклёпанной поверхности. При наличии некоторого округления режущей кромки она не сразу вступает в процесс резания, а поначалу проскальзывает, вызывая большое трение и износ инструмента по задней поверхности. Чем меньше толщина срезаемого слоя, тем больше относительная величина проскальзывания, тем большая часть мощности резания расходуется на вредное трение.

При попутном фрезеровании этого недостатка нет, но зуб начинает работу с наибольшей толщины срезаемого слоя, что вызывает большие ударные нагрузки, однако исключает начальное проскальзывание зуба, уменьшает износ фрезы и шероховатость поверхности. Силы, действующие на заготовку, прижимают её к столу, а стол - к направляющим станины, что уменьшает вибрации и повышает точность обработки.

2.4.2 Конструкции фрез

Инструментом при фрезеровании являются фрезы (от французского la frais - клубника), представляющие собой многолезвийный инструмент, лезвия которого расположены последовательно в направлении главного движения резания. Предназначенные для обработки с вращательным главным движением резания без изменения радиуса траектории этого движения и хотя бы с одним движением подачи, направление которого не совпадает с осью вращения.

Фрезы бывают:

- по форме - дисковые, цилиндрические, конические;

- по конструкции - цельные, составные, сборные и насадные, хвостовые;

- по применяемому материалу режущей кромки - быстрорежущие и твердосплавные;

- по расположению лезвий - периферийные, торцовые и периферийно-торцовые;

- по направлению вращения - праворежущие и леворежущие;

- по форме режущей кромки - профильные (фасонные и обкаточные), прямозубые, косозубые, с винтовым зубом;

- о форме задней поверхности зуба - затылованные и незатылованные;

- по назначению - концевые, угловые, прорезные, шпоночные, фасонные, резьбовые, модульные и др.

Цельные фрезы изготавливают полностью из инструментального материала. У составных фрез режущую часть изготавливают из инструментального материала, а приваренный к ней хвостовик из конструкционной стали.

К составным относятся также фрезы, у которых зубья - пластины из инструментального материала напаивают на корпус фрезы. У сборных фрез зубья закрепляют в корпусе механически с помощью специальных крепежных элементов. Режущий элемент - зуб - может представлять собой резец с напаянной твердосплавной пластинкой или монолитную пластинку из инструментальной стали, твердого сплава или другого инструментального материала.

Наиболее компактную конструкцию имеют цельные и составные фрезы. При небольших размерах у них может быть больше зубьев, чем у сборных фрез. Недостатки цельных фрез - повышенный расход инструментального материала; составных с напайными пластинками твердых сплавов - невозможность регулирования положения зубьев при износе и трудность восстановления в случае поломки. Для переточки такие фрезы необходимо снимать со станка.

Сборные конструкции обеспечивают наиболее рациональное использование инструментального материала. Изношенные зубья можно быстро заменить, не снимая фрезу со станка. Вследствие этого сокращаются потери времени, связанные со сменой инструмента для переточек. К недостаткам сборных конструкций можно отнести трудность размещения большого числа зубьев в корпусе определенного размера, из-за чего при равных диаметрах сборные фрезы обычно имеют больше зубьев, чем цельные и составные; наличие крепежных деталей, удерживающих режущие элементы в корпусе, а следовательно повышенную трудоемкость изготовления фрез; высокие требования к точности обработки базовых поверхностей, обеспечивающих заданное положение вставных зубьев, и к точности размеров самих зубьев в конструкциях, где смену зубьев выполняют без последующей тонкой регулировки их положения в корпусе фрезы; соответствующие требования к точности твердосплавных пластинок в конструкциях фрез с механически закрепляемыми неперетачиваемыми пластинками.

При разработке новых конструкций фрез выполняют следующие основные требования.

1. Число зубьев должно быть по возможности большим, так как от него пропорционально зависит минутная подача, т.е. производительность обработки.

Вместе с тем зубья должны быть достаточно прочными, а расстоянии е между ними, форма и шероховатость поверхности стружечных канавок должны обеспечивать надежное размещение и отвод стружки (последнее особенно важно для концевых фрез, обрабатывающих глубокие пазы). В некоторых случаях, например при образовании сплошной сливной стружки, у концевых фрез переднюю поверхность зубьев делают ступенчатой для дробления стружки. Число, форма зубьев и их размещение (шаг) должны обеспечивать равномерную работу без значительных вибраций. Это в ряде случаев достигается изготовлением фрез с неравномерным шагом зубьев.

У торцовых фрез для обработки чугуна, когда отвод стружки несложный, применяют сборные конструкции с близким размещением зубьев или с режущими элементами, каждый из которых имеет по два-три зуба.

2. Угол наклона стружечных канавок должен обеспечивать плавную работу фрезы и нужное направление отвода стружки. При фрезеровании труднообрабатываемых материалов концевыми фрезами хорошие результаты получают, повышая прочность фрезы при уменьшении числа зубьев с одновременным увеличением угла наклона до 35-45°, при этом удается повысить минутную подачу, несмотря на сокращение числа зубьев.

Для уменьшения вибрации иногда прибегают к изготовлению концевых фрез с изменяющимся от зуба к зубу углом наклона. Особенно хорошие результаты получают, сочетая этот прием с неравномерным шагом зубьев.

3. При снятии больших припусков торцевыми, концевыми и дисковыми фрезами, а также для прорезных и отрезных фрез должно быть обеспечено рациональное распределение припуска между зубьями фрезы, обеспечивающее снижение нагрузки на зуб, разделение стружки и надежный ее отвод. Для этого применяют торцевые дисковые ступенчатые фрезы, дисковые фрезы с разнонаправленными зубьями и зубьями, размещенными в шахматном порядке. У прорезных фрез, обрабатывающих глубокие пазы, и отрезных фрез уменьшают число зубьев (в том числе путем стачивания зубьев через один у стандартной фрезы), применяют разнонаправленные зубья, затачивают переходные режущие кромки у четных или нечетных зубьев, делают углубление на боковой поверхности диска фрезы у стружечной канавки.

4. Форма режущего клина должна обеспечивать наименьшее сопротивление резанию при сохранении достаточной прочности и стойкости инструмента. Следует стремиться к использованию инструмента с положительным передним углом; при больших силах резания добиться достаточной прочности инструмента, применяя двойную форму передних поверхностей с узкой фаской и отрицательным передним углом у главной режущей кромки и положительным передним углом на остальной передней поверхности, а также применяя положительный угол наклона главной режущей кромки л. В случаях, когда это допускается жесткостью технологической системы, следует применять торцевые фрезы с малыми углами в плане и с переходной режущей кромкой.

5. При высоких требованиях к шероховатости обработанной поверхности и точности размеров должна быть обеспечена высокая размерная стойкость инструмента за счет применения фрез (торцевых, дисковых) с зачистной режущей кромкой и фрез с регулируемым расстоянием между режущими кромками (для дисковых трехсторонних фрез при обработке пазов).

6. Особое внимание должно быть уделено выбору способа установки и закрепления фрезы, обеспечивающему минимальное биение зубьев, высокую прочность, жесткость и возможность быстрой замены фрез, особенно на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).

2.4.3 Расчет и конструирование фрезы

На вертикально - фрезерном станке модели 6А59 производится торцевое фрезерование полки шириной B= 65 мм, длиной l=1900 мм; припуск на обработку h = 2 мм. Материал обрабатываемой заготовки - сталь 40ХН c

ув = 800 МПа. (80 кгс/мм2).Параметр шероховатости Rz=80 мкм.

Обработка - черновая в соответствии с рисуноком 2.9.

Рисунок 2.9 - Эскиз обработки

Выбираем фрезу торцевую насадную с механическим креплением пятигранных твердосплавных пластин (ГОСТ 22085-76)

Диаметр торцевой фрезы выбираем в зависимости от ширины фрезеруемой поверхности В по формуле(2.50).

D=1,6•B (2.50)

D=1,6•65=100 мм

Принимаем по карте 109 5,с.210,211 стандартную фрезу диаметром

D=100 мм, с числом зубьев z=8.

Окончательно число зубьев фрезы Z =

Принимаем z = 8

2.4.4 Режимы резания при фрезеровании

Скорость главного движения резания, допускаемая режущими свойствами фрезы, определяется по формуле(2.51)

(2.51)

где КV - общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания;

Тm - коэффициент, учитывающий твердость обрабатываемого материала;

Zpv - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

Buv- коэффициент, учитывающий марку твердого сплава;

tXv- коэффициент, учитывающий угол в плане режущей кромки.

Для стали 40 ХН с ув = 800 Мпа, торцевой фрезы и материала режущей части (с последующим учетом поправочных коэффициентов) выбираем следующие значения коэффициентов и показателей степеней формула(2.52).

Сv=332; qv=0,2; xv=0,1; yv=0,4; uv=0,2; Pv=0; m=0,2;

KV = KmV • KnV • KиV, (2.52)

где KmV - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого

материала расчет по формуле по формуле(2.53).

KmV = Кг ( 750 / ув )nv, (2.53)

KmV = 0,7 (750 / 800 )1.35 = 0,64

где KnV - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки,

KnV = 0,6;

KиV - коэффициент, учитывающий материал инструмента, KиV = 1.

KV = 0,64 • 0,6 • 1 = 0,38

= 238,3 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя по формуле(2.54).

, (2.54)

= 758,9 об / мин;

Корректируем частоту вращения шпинделя по станку и устанавливаем действительную частоту вращения по паспорту станка: n=800 об/мин.

Действительная скорость главного движения резания по формуле(2.55).

(2.55)

м/мин.(4,18 м/с)

Определение фактической минутной подачи

Определим скорость движения подачи по формуле(2.56).

Vs= Sмин= Szznд (2.56)

Vs= 0,18 • 8•800=1152мм/мин.

Корректируем величину Vs по данным станка и устанавливаем ее действительное значение: Vs= 1200 мм/мин

Действительное значение подачи на зуб фрезы по формуле(2.57).

Szд= Vs/(znд ) (2.57)

Szд= 1200/(8•800)=0,18мм/зуб.

Определение фактической минутной подачи

Определяем главную составляющую силы резания формула(2.58).

Pz = (2.58)

По 5,табл.41,с.291 находим значение поправочных коэффициентов и показателей степеней для стали 40 ХН с ув = 800 Мпа и торцевых фрез с пластинами из твердого сплава: Ср=825; хр=1; ур=0,75; up=1; р =0,2; qp=13.

Вычислим поправочный коэффициент КМр по формуле 5, табл.9,с.264

Kmр = (ув / 750 )n = 800 / 750 = 1,1

Pz = 2326 H

Определим эффективную мощность, затрачиваемую на резание:

Nрез = = 9,7 кВт

В единицах СИ:

Nрез = PzVд=2326•4,18=9,72 кВт

Проверяем, достаточна ли мощность привода станка%

Nрез ? Nшп

У станка 6А59 Nшп = 22 кВт;

9,7 < 22, следовательно, обработка возможна.

Определение основного времени

Основное время обработки определяется по формуле(2.59).

, (2.59)

где L - длина хода инструмента, мм, определим по формуле(2.60).

i - число проходов;

n - частота вращения, об/мин;

S - подача, мм/об.

,мм (2.60)

При черновом торцевом фрезеровании врезание:

12 мм

Принимаем , тогда:

L = 1900 + 12 + 3 = 1915 мм

мин.

Проверка условия равномерного фрезерования

Определяем шаг зубьев фрезы: окружной торцевой шаг:

Sокр = = 39,2 мм

Осевой шаг при щ = 20є, сtg 20° = 2,75:

Sос = 39,2•2,75 = 107,8 мм

Проверяем полученную величину Sокр на условие равномерного фрезерования:

С = В/ Sос =65/107,8=0,60

Т.е. условие равномерного фрезерования обеспечено.

Отверстие фрезы и шпоночный паз выполняют по ГОСТ 9472 - 83.

Определяем геометрические параметры рабочей части фрезы :

главный угол в плане ц = 67°; вспомогательный ц1 = 50

Выбираем материал фрезы : корпуса - сталь 40Х; режущих пластин - Т15К6.

Допуски на основные элементы фрезы и другие технические требования принимаем по ГОСТ 19042-80

Расчет геометрических параметров режущей части фрезы3,с.48]:

Следуя рекомендациям ГОСТ 19042--80 и анализу существующих схем базирования пластин, выбираем форму пластин - пятиугольную. Число граней пластины К определяется по формуле(2.61).

К = 360 (+1) (2.61)

К= 360 х (67 + 5)-1 =5

Принимаем число граней пластин - К=5, тогда корректируем угол 1:

1=360/К - = 360/5 - 70 = 20

Рассчитаем параметры установки МП в корпусе фрезы:

определим положение плоскости NN (при условии, что 1=200200)

tg=( tg sin) (tg1+ tg cos)-1

здесь -угол при вершине пластины (е= 112°30)

tg=( tg120sin112030)(tg20020+tg120cos112030)-1=0,6808

=34025

определим угол наклона пластины по формуле:

=tg/sin,

=tg120/sin34025=0,2126/0,5628=0,38

определим угол наклона пластины со относительно оси фрезы
(направление наклона зуба обратно направлению главного движения
резания):

tg = tg 2 cos

где 1и 2 значения поперечного и продольного передних углов.

tg =tg 0 соs 6° = 0

смещение паза под пластину Е относительно оси фрезы определяем по
формуле (2.62).

Е = (D/2) sin1 - S соs , (2.62)

где S--толщина пластины, S=4,76мм.

Е = (100/2) sin 6° -4,76 х соs 0 = 11,96 мм.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Разработка технологии изготовления рейки привода сталкивателя

3.1.1 Описание конструкции и назначения детали

Деталь “Рейка” предназначена для преобразования вращательного движения вала-шестерни в поступательное движение штанги сталкивателя. Деталь состоит из зубчатой части, которая имеет следующие параметры : модуль нормальный m = 28 мм, число зубьев z = 20, длина зубчатой части b = 1671,24 мм, шаг Р = 87,96 мм, высота зуба h = 63 мм. Для крепления к штанге в рейке просверлены 12 отверстий d = 22 мм, а также для удобства крепления имеется паз глубиной 12 мм во всю длину рейки.

Допуски на размеры шероховатости поверхностей, указанные на чертеже, выбраны в соответствии со стандартами и условиями работы.

Марка материала для изготовления данной детали - сталь 40ХН. Механические свойства стали 40ХН приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Механические свойства стали 40ХН ( ГОСТ 1050-88 )

3.1.2 Нормоконтроль чертежа

Технический чертеж данной детали выполняется на формате А3, в масштабе 1:5. На чертеже показывается главный вид детали, указываются все размеры поверхностей с допусками. Проставляются габаритные размеры детали и линейные размеры зубчатой части. Указываются размеры, угол и количество фасок, имеющихся на детали, указывается линейный размер длины и глубины паза. Для того, чтобы показать глубину и ширину паза, делается сечение А-А. На главном виде проставляются шероховатости всех поверхностей и предельные отклонения от правильной геометрической формы и правильного взаимного расположения поверхностей, указываются базовые поверхности. В правом верхнем углу чертежа строится таблица с указанием всех остальных параметров зубчатой части детали. Также на чертеже указывается твердость детали и неуказанные предельные отклонения.

3.1.3 Анализ технологичности конструкции детали

Для обеспечения точности установки детали обработку посадочного места необходимо выполнить со шлифовкой.

Изготовление данной детали имеет несколько недостатков. Одним из них является использование как минимум трех различных станков: фрезерный, сверлильный, шлифовальный. Это затрудняет изготовление детали и увеличивает время на производство детали. Также недостатком можно назвать высокую твердость исходной заготовки (сталь 40ХН имеет твердость НВ=230-280).

3.1.4 Выбор метода изготовления и формы заготовки

В условиях заданной программы, материала и технических требований оптимальным вариантом заготовки будет являться полосовой прокат, обжатый по размерам детали с учетом припусков. Заготовку получаем с помощью ручной газовой ( ацетилено-кислородная ) резки. Точность резки от ± 4 до ± 10 мм. Длина заготовки 1928,11 мм с припуском 28,11 мм, ширина 421,6 мм и толщина 136,6 мм с припусками 16,6 мм.

3.1.5 Припуски на механическую обработку

Заготовка - полоса стальная горячекатаная. Качество поверхности проката Rz = 200 мкм, h = 300 мкм.

Минимальный припуск на черновую обработку формула(3.1).

2zчер.min = 2[(Rzпрок + hпрок) + прок + черн], (3.1)

– Rzпрок + hпрок = 500 мкм

Кривизна заготовки к = 2,5 · 1900 = 4,75 мм

Значение черн примем 2,3 мм

2zчер.min = 2( 0,5 + 4,75 + 2,3 ) = 15,1 мм

Минимальный припуск на чистовую обработку формула(3.2).

2zчист.min = 2[(Rzчерн + hчерн) + ост + чист], (3.2)

2zчист.min = 2( 63 + 60 + 405 + 230 ) = 1516 мкм = 1,5 мм

Общий припуск

2zо.min = 15,1 + 1,5 = 16,6 мм

Минимальный припуск на черновую обработку по длине

Rz + h = 10 мм , к = 2,5 · 405 = 1,01 мм

2zчер.min = 2( 10 + 1,01 + 2,3 ) = 26,62 мм

Минимальный припуск на чистовую обработку

2zчист.min = 2( 63 + 60 + 405 + 230 ) = 1516 мкм = 1,5 мм

Общий припуск

2zо.min = 26,62 + 1,5 = 28,11 мм

Результаты выбора припусков поверхностей на механическую обработку заносим в таблицу 3.2.

Также изобразим графического расположения припусков и допусков на обработку рисунок 3.1.

Таблица 3.2 - Табличные данные припусков

Рисунок 3.1 - Схема графического расположения припусков и допусков на обработку

Изобразим заготовку на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Эскиз заготовки

3.1.6 Выбор плана обработки

1.Фрезерная. Установить деталь на столе вертикально - фрезерного станка. Фрезеровать торцы в размер 1900 мм.

Фрезеровать поверхность 3.

Фрезеровать поверхность 3 на длину L = 175 мм, h = 63 мм на всю ширину поверхности 3.

Установить деталь на столе продольно - фрезерного станка.

Фрезеровать поверхность 4 в размер 120 ± 0,1 мм.

Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 405 мм.

Фрезеровать паз b =250 мм, h = 12 мм на всю длину поверхности 4.

Переустановить деталь.

Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 275 мм.

Фрезеровать поверхность 3 шириной 65 мм с обеих стороной на всю длину поверхности 3.

Фрезеровать фаски.

2. Сверлильная. Сверлить 12 отверстий 22 мм.

3. Зубонарезная. Фрезеровать зуб m = 28 мм, число зубьев z = 20, длина зубчатой части b = 1671,24 мм, шаг Р = 87,96 мм, высота зуба h = 63 мм.

4. Шлифовальная ( плоскошлифовальный станок ). Шлифовать поверхности 1, 2, 3, 4.

3.1.7 Предварительное нормирование времени операций

В таблице 3.3 приведены данные о предварительном времени на обработке детали.

Таблица 3.3 - Предварительное время на обработку детали

3.1.8 Выбор типа производства

Тип производства по ГОСТ 3.1108-88 характеризуется коэффициентом закрепления операций Кз.о..

Годовая программа N = 1000 штук.;

Годовой фонд времени работы оборудования формула(3.3).

Fд = (D-d) • h • S • Кр • 60, мин, (3.3)

где D = 365- количество календарных дней в году;

d = 114- количество выходных и праздничных дней;

h = 8 - продолжительность смены в часах;

Кр= 0,97 - коэффициент, учитывающий потери времени на ремонт,

наладку, регламентированные перерывы;

S = 1 - число смен;

Fд = (365-114) • 8 • 1 • 0,97 • 60 = 116866 мин = 1947,76 час.,

Нормативный коэффициент загрузки оборудования ?зн = 0,75;

Расчетное количество станков формула(3.4).

mp = N •Tш-к / 60 • Fд • ?зн, штук, (3.4)

mp1 = 1000•305,2 / 60• 1947,76 •0,75 = 3,5 штук;

mp2 = 1000•9,46 / 60 • 1947,76 •0,75 = 0,11 штук;

mp3 = 1000•63,9 / 60 • 1947,76 •0,75 = 0,73 штук;

mp4 = 1000•39,9 / 60• 1947,76 •0,75 = 0,45 штук;

Фактический коэффициент загрузки рабочего места формула(3.5).

ззф = mp/р, (3.5)

где р - принятое число рабочего мест;

ззф1 = 3,5 /3= 1,16;

ззф2 = 0,11 /1= 0,11;

ззф3 = 0,73/1= 0,73;

ззф2 = 0,45 /1= 0,45;

Количество операций, выполняемых на рабочем месте формула (3.6).

О = ззн / ззф, (3.6)

О1 =0,75 / 1,16 = 9;

О2 =0,75 / 0,11 = 6,8;

О3 =0,75 / 0,73 = 1,03

О3 =0,75 / 0,45 = 1,7

В таблице 3.4 приведены данные по технологическому процессу обработки детали.

Таблица 3.4 - Данные по технологическому процессу

По формуле (3.7) определим серийность производства.

Кз.о.= УО/ УР; (3.7)

Кз.о.= 10,14/6 = 1,69;

значит, производство будет мелкосерийное.

3.1.9 Выбор оборудования

1. Для фрезерования торцов заготовки выбираем вертикально - фрезерный станок модели 6А59.

2. Для фрезерной операции выбираем продольно - фрезерный станок модели 6606.

Основные параметры станка 6606:

3. Для сверлильной операции выбираем вертикально - сверлильный станок модели 2Г175М.

4. Для зубонарезной операции выбираем реечно - фрезерный станок модели 5414.

5. Для шлифовальной операции выбираем плоскошлифовальный станок модели 3Д725.

3.1.10 Выбор режущего инструмента

В таблице 3.5 приведены данные о режущем инструменте, применяемого при обработке детали.

Таблица 3.5 - Режущий инструмент

3.1.11 Выбор приспособления

Станочное приспособление выбираем с условием того, чтобы обеспечивали требуемое базирование и надежное закрепление детали на операциях, высокую жесткость установленной на станке детали, учитывая возможность автоматизации обработки и других требований. Выбор приспособления производим и заносим в таблицу 3.6.

Таблица 3.6 - Выбор приспособления

3.1.12 Выбор средств измерения

Выбираем средства измерения и контроля размеров, в зависимости от типа производства и величины допуска контролируемого параметра для каждой операции и заносим в таблицу 3.7.

Таблица 3.7 - Средства измерения

3.1.13 Расчет режимов резания

Рассчитываем окружную скорость фрезы для чернового прохода расчет производим по формуле(3.8).

, (3.8)

где КV - общий поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания определяем по формуле(3.9).

KV = KmV • KnV • KиV, (3.9)

где KmV - коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала определяем по формуле(3.10).

KmV = Кг ( 750 / ув )nv, (3.10)

KmV = 0,7 (750 / 800 )1.35 = 0,64

где KnV - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки,

KnV = 0,6;

KиV - коэффициент, учитывающий материал инструмента, KиV = 1;

KV = 0,64 • 0,6 • 1 = 0,38

= 28,1 м / мин

Определяем частоту вращения щпинделя по формуле(3.11).

, об / мин, (3.11)

= 89,5 об / мин

По паспорту станка n=100 об/мин

м/мин

Определяем основное время обработки по формуле(3.12).

, (3.12)

где L - длина хода инструмента, мм;

i - число проходов;

n - частота вращения, об/мин;

S - подача, мм/об.

мин

Рассчитываем окружную скорость фрезы для чистового прохода:

= 42,9 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 136,6 об /мин

По паспорту станка n=160 об/мин:

м/мин

мин

Рассчитываем окружную скорость фрезы для чернового прохода

KmV = 0.85 (750 / 800 )1.35 = 0.78

KnV = 0,9

KиV = 1,15

KV = 0,78 • 0,9 • 1,15 = 0,81

= 160,9 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 102,5 об / мин

По паспорту станка n=100 об/мин:

м/мин

Определяем основное время обработки:

мин

Рассчитываем окружную скорость фрезы для чистового прохода:

= 248,2 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 158,1 об /мин

По паспорту станка n=160 об/мин:

м/мин

мин

Фрезеровать поверхность 3 на длину L = 175 мм, h = 63 мм на всю ширину поверхности 3.

Задаем глубину резания.

t = 6,3 мм

Из справочника выбираем значение подач

Sz = 0.18 мм/зуб

Окружная скорость фрезы:

= 150,2 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 191,3 об / мин

По паспорту станка n=200 об/мин:

м/мин

Определяем основное время обработки:

мин

Фрезеровать поверхность 4 в размер 120 ± 0,1 мм.

Задаем глубину резания.

- для чернового прохода t = 7,55 мм

- для чистового прохода t = 0,75 мм

Из справочника выбираем значение подач

- для чернового прохода Sz = 0.18 мм/зуб

- для чистового прохода S = 1 мм/об

Определяем окружную скорость фрезы для чернового прохода

KV = 0,81

= 160,9 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 102,5 об / мин

По паспорту станка n=100 об/мин:

м/мин

Определяем основное время обработки:

мин

Рассчитываем окружную скорость фрезы для чистового прохода:

= 248,2 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 158,1 об /мин

По паспорту станка n=160 об/мин:

м/мин

мин

Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 405 мм.

Задаем глубину резания.

t = 8,3 мм

Из справочника выбираем значение подач

Sz = 0.18 мм/зуб

Окружная скорость фрезы:

= 162,3 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 323,1 об / мин

По паспорту станка n=320 об/мин:

м/мин

Определяем основное время обработки:

мин

Фрезеровать паз b =250 мм, h = 12 мм на всю длину поверхности 4.

Задаем глубину резания.

t = 6 мм

Выбираем значение подач

Sz = 0.18 мм/зуб

Окружная скорость фрезы:

= 149,1 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 189,9 об / мин

По паспорту станка n=200 об/мин:

м/мин

Определяем основное время обработки:

мин

Фрезеровать поверхность 5,6 в размер 275 мм.

t = 6,5 мм Sz = 0.18 мм/зуб KV = 0,81

= 153,5 м / мин

= 488,9 об / мин

По паспорту станка n=500 об/мин:

м/мин

мин

Фрезеровать поверхность 3 шириной 65 мм

- для чернового прохода t = 2 мм; Sz = 0.18 мм/зуб

- для чистового прохода t = 0,75 мм; S = 1 мм/об

Определяем окружную скорость фрезы для чернового прохода KV = 0,81

= 238,3 м / мин

= 758,9 об / мин

По паспорту станка n=800 об/мин:

м/мин

мин

Рассчитываем окружную скорость фрезы для чистового прохода:

= 270,2 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 859,9 об /мин

По паспорту станка n=1000 об/мин:

м/мин

мин

Фрезеровать фаски.

Задаем глубину резания.

t = 5 мм

Из справочника выбираем значение подач

Sz = 0,05 мм/зуб

Окружная скорость фрезы:

= 61,9 м / мин

Определяем частоту вращения шпинделя:

= 616 об / мин

По паспорту станка n=630 об/мин:

м/мин

Определяем основное время обработки:

мин

Режимы резания для остальных операций выбираем из справочника и сводим в таблицу 3.8.

Таблица 3.8 - Режимы резания

Режимы резания для шлифовальной операции сводим в таблицу 3.9.

Таблица 3.9 - Режимы резания для шлифовальной операции

3.1.14 Расчет технической нормы времени

Рассчитываем норму времени для фрезерной операции

Оперативное время по формуле (3.13).

Топ = То + Тв, (3.13)

где То- основное время, мин по формуле(3.14)

Тв- вспомогательное время, мин.

Тв= Ту.с.+ Тз.о.+ Туп.+ Тиз, (3.14)

где Ту.с.- время на установку и снятие детали, мин.;

Тз.о.- время на закрепление и открепление, мин.;

Туп.- время на приемы управления, мин.;

Тиз.- время на измерение детали, мин.

Время на установку и снятие детали - 0,39 мин

Время на закрепление и открепление - 0,7 мин

Время на приемы управления;

включить или выключить станок - 0,02 мин

подвести или отвести инструмент к детали при обработке - 2 мин

переместить стол - 1,6 мин

Время на измерение детали - 2,5 мин

Основное время фрезерной операции:

То = 6,24 + 4,9 + 2•2,34 + 2•8,1 + 4,7 + 2,06 + 2,1 +

+21 + 2,6 + 3,8 + 12,1 = 68,48 мин

Оперативное время:

Топ = 68,48 + 0,39 + 0,7 + 0,02 + 2 + 1,6 + 2,5 = 75,69 мин

Норма штучного времени по операции подсчитывается по формуле(3.15)

Тшт=Т0+tв+tт+tорг+tп+tп-з, (3.15)

где Т0 - основное время обработки детали;

tв - вспомогательное время;

tт - время технического обслуживания рабочего места;

tорг - время организационного обслуживания;

tп - время перерывов;

tп-з - подготовительно-заготовительное время.

Время технического обслуживания рабочего места - 9,5 % от оперативного времени:

tт = 75,69 • 9,5 / 100 = 6,94 мин

Время организационного обслуживания - 1,4 % от оперативного времени.

tорг = 75,69 • 1,4 / 100 = 1,02 мин

Затраты времени на перерывы, отдых и личные надобности - 5 % от оперативного времени.

tп = 75,69 • 5 / 100 = 3,65 мин

Подготовительно-заготовительное время

На наладку станка и установку приспособлений - 26 мин

На установку фрез - 6 мин

Получение инструмента и приспособлений до начала 10 мин

и сдача их после обработки

tп-з = 26 + 6 + 10 = 42 мин

Тшт = 75,69 + 6,94 + 1,02 + 3,65 + 42 = 126,7 мин

Аналогично рассчитывается время остальных операций и результаты сводим в таблицу 3.10.

Таблица 3.10 - Время обработки детали

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном проекте реконструкции подъёмного стола стана 2000 решены следующие задачи :

1. Спроектирован привод сталкивателя слябов у подъемного стола участка загрузки нагревательных печей;

2. Разработан гидропривод подъемного стола с расчетом и выбором гидроаппаратуры;

3. Разработан технологический процесс изготовления рейки сталкивателя слябов;

4. Произведен расчет и конструирование торцевой фрезы;

5. Разработана система автоматизации работы подъемного стола;

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Адам, А. И. Справочник зубореза / А.И. Адам, Г. Г. Овумян - М.:Машиностроение, 1971.-232 с.

2. Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя: учебник в 3 т. Т1 / В.И. Анурьев.- М.: Машиностроение, 1992. - 816 с.

3. Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя: учебник в 3 т. Т2 / В.И. Анурьев. - М.: Машиностроение, 1992. - 632 с.

4. Анурьев, В.И. Справочник конструктора машиностроителя: учебник в 3 т. Т3 / В.И. Анурьев. - М.: Машиностроение, 1992. - 540 с.

5. Алексеев,Г.А. «Конструирование инструмента» / Г.А. Алексеев, В.А. Аршинов. - М.: Машиностроение, 1979 . - 384 с.

6. Бавельский,М.Д. Справочник по пневмоприводу и пневмоавтоматике деревообрабатывающего оборудования / М.Д. Бавельский, С.И. Девятов. - М.: «Лесная промышленность», 1983. - 168с.

7. Блюмберг, В.А. Справочник фрезеровщика / В.А. Блюмберг, Е.И. Зазерский--Л.:

8. Герц,Е.В. Расчет пневмоприводов. Спрвочное пособие / Е.В. Герц, Г.В. Крейнин. - М.: Машиностроение, 1975. - 272 с. с ил.

9. Гидропневмопривод и гидропневмоавтоматика станочного оборудования: методические указания к выполнению курсовой работы: Часть I. Статический расчет и конструирование гидропривода / сост. В.Н. Колпаков. - Вологда: ВоПи, 1994.

10. Гинзбург,Е.Г. Зубчатые передачи / Е.Г. Гинзбург. - Л.: Машиностроение, 1980. - 416 с.

11. Горбацевич,А.Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения . Учебное пособие для машиностроительных спец. Вузов - 4-е изд., перераб. и доп. / А.Ф. Горбацевич, В.А. Шкред. - Минск.: Высшая школа, 1983. - 256 с. ил.

12. ГОСТ 8027--86. Фрезы червячные чистовые для шлицевых валов с прямобочным профилем. Технические условия.

13. Детали машин: Учеб. для студентов вузов / Под ред. М.Н. Иванов, В.А. Финегенова - 6-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 2000. - 383с.

14. Егоров, М.Е. Технология машиностроения. / М.Е. Егоров , В.И. Дементьев , В.Л. Дмитриев - М: Высшая школа,1976. - 534 с.

15. Курсовое проектирование деталей машин: учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов / С.А. Чернявский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 416 с.

16. Люткевич, Г.Г. «Расчёт зуборезного инструмента» / Г.Г. Люткевич, А.Н. Волков - Новочеркасск: НПИ, 1978 г. - 80с.

17. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках - М.: Машиностроение, 1974. - 416 с.

18. Панова, А.А. Обработка металлов резанием / А.А. Панова - М.: Машиностроение, 1988. - 736 с.

19. Полетаев, В.П. Детали машин: методические указания к курсовому проекту. Энергокинематический расчет привода / В.П.Полетаев, А.А. Усов. - Вологда.: ВоГТУ, 2003. - 16 с.

20. Романов, В.Ф. Расчеты зуборезных инструментов / В.Ф. Романов. - М.: Машиностроение, 1969. - 251 с. ил.

21. Семенченко,И.И «Проектирование металлорежущих инструментов» / И.И. Семенченко, В.М. Матюшин. - М.: Машгиз, 1962 . - 952 с.

22. Справочник металлиста. Т. 3. / под ред. А. Н. Малова. - М.: Машиностроение, 1977. - 748 с.

23. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. С74 Т.2 / под ред. А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроения, 1985. 638с., ил.