Модернизация подъемной тележки агрегата продольной резки

Содержание

• Введение
• 1. Анализ существующих решений и постановка задач реконструкции
• 1.1 Агрегат продольной резки
• 1.2 Анализ работы самоходной бунтоподъемной тележкой
• 1.3 Цель проводимой реконструкции
• 1.4 Задачи проводимой реконструкции
• 2. Конструкторская часть
• 2.1 Разработка кинематической схемы привода
• 2.2 Энергокинематический расчет привода
• 2.2.1 Расчет мощности электродвигателя
• 2.2.2 Определение передаточного числа привода
• 2.2.3 Определение угловых скоростей и моментов на валах
• 2.3 Выбор редуктора
• 2.4 Проектирование цепной передачи
• 2.4.1 Выбор цепи
• 2.4.2 Проверка работоспособности выбранной цепи
• 2.4.3 Основные параметры цепной передачи, конструирование звездочек
• 2.4.4 Силы действующие в передачи
• 2.5 Ориентировочный расчет и конструирование вала приводного ската
• 2.6 Предварительный выбор подшипников и корпусов подшипниковых узлов приводного вала
• 2.7 Проверка долговечности выбранных подшипников
• 2.8 Уточненный расчет приводного вала
• 2.9 Выбор муфты
• 2.10 Расчет и выбор тормоза
• 2.11 Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений
• 2.12 Расчет и выбор гидроцилиндра
• 2.13 Составление принципиальной схемы гидропривода
• 2.14 Расчет и выбор насосной установки
• 2.15 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов
• 2.15.1 Выбор гидроаппаратуры
• 2.15.2 Расчет трубопроводов
• 2.16 Определение потерь давления в аппаратах и трубопроводах
• 2.16.1 Определение потерь давления в аппаратах
• 2.16.2 Определение потерь давления в трубопроводах по длине
• 2.17 Местные потери давления
• 2.18 Проверка насосной установки
• 3. Технологическая часть
• 3.1 Описание конструкции и назначения детали
• 3.2 Технологический контроль чертежа детали
• 3.3 Анализ технологичности детали
• 3.4 Выбор способа изготовления заготовки
• 3.5 Выбор плана обработки детали
• 3.6 Определение типа производства
• 3.7 Расчет припуска на обработку
• 3.8 Выбор оборудования
• 3.9 Расчет режимов резания
• 3.10 Техническое нормирование операций
• 3.11 Назначение и область применения протяжек
• 3.12 Расчёт и конструирование протяжки
• Заключение
• Список использованных источников
• Введение
• Производством холоднокатаной стали в России занято примерно 300 предприятий. Примерно 100 металлургического и около 200 машиностроительного профиля. Холодная прокатка является неотъемлемой частью тонколистового производства. Так как на современных станах лист толщиной менее 1,5 мм прокатывают в холодном состоянии.
• С развитием автопромышленности сильно возросла потребность в оцинкованной холоднокатаной конструкционной тонколистовой стали толщиной 0,5--2,5 мм, изготовляемой из качественной углеродистой стали. Эта сталь должна иметь хорошую поверхность и быть вязкой, так как при штамповке она подвергается глубокой вытяжке.
• Тонколистовую сталь прокатывают из конструкционной углеродистой стали обыкновенного качества толщиной 0,9--2 мм. Ее поставляют в виде листов размерами от 600x1200 до 1250x2500 мм, а также в рулонах. Кроме жести и конструкционной углеродистой стали, на станах прокатывают в холодном состоянии кровельную и декапированную сталь. Кровельную сталь производят толщиной 0,4-0,82 мм из мягкой углеродистой стали и поставляют в листах размерами 710Ч1420 мм и 750Ч150 мм и массой до 7,1 кг. Ее поставляют по массе в отожженном состоянии; испытывают на двойной кровельный замок. Декапированную (травленую) тонколистовую сталь прокатывают из мягкой мартеновской или бессемеровской (конвертерной) углеродистой стали; ее применяют для изготовления штамповкой посуды, арматуры и других изделий. Декапированную тонколистовую сталь прокатывают толщиной 0,25--2 мм и поставляют в листах размерами 510x710, 600x2000, 710x1420, 710x2000, 750x1500, 1000x2000 и 1250х2500мм в отожженном состоянии. Тонколистовую сталь толщиной 0,5-1,6 мм поставляют также оцинкованной.
• Холодную прокатку широко применяют при производстве электротехнической листовой стали, которая предназначена для сборки трансформаторов, различных электрических машин и прочих приборов. Известно, что таким требованиям лучше всего удовлетворяют кремнистые стали. Это объясняется тем, что Si повышает удельное электросопротивление. В зависимости от этого уменьшаются потери на вихревые токи. Так же образуются крупные зерна, которые во многом улучшат электромагнитные свойства стали. С расширением величины зерна стали повышается магнитная проницаемость и уменьшаются потери на гистерезис.
• Спрос на электротехнические и трансформаторные стали требует от производителя увеличения темпов и объёмов производства, расширения типоразмеров продукции. В связи с этим особую важность приобретает окончательная отделка металла - продольная порезка рулонов на агрегатах продольной резки. Значительно возрастают требования к надёжности агрегатов и их основных узлов. Важнейшей задачей является обеспечение бесперебойной работы устройств, предназначенных для задачи подката в технологическую цепочку агрегата продольной резки - транспортёров, подъёмных столов, передаточных тележек.
• Выполнение этой задачи достигается повышением ремонтопригодности оборудования путём увеличения степени стандартизации и унификации узлов и деталей оборудования. В данном проекте рассмотрены вопросы повышения надёжности транспортно-накопительной системы агрегата продольной резки стали путём проведения реконструкции бунтоподъёмной тележки задающего транспортера.

1. Анализ существующих решений и постановка задач реконструкции

1.1 Агрегат продольной резки

В 1981 - 1982 годах на ПАО «Северсталь» в цехе проката холодного листа стали были установлены два агрегата продольной резки фирмы SKET (ГДР). Агрегат продольной резки используется для порезки рулонной электротехнической стали с электроизоляционным покрытием или без него на ленты и удаление боковых кромок путем резания.

Агрегат резки состоит из следующих механизмов: задающий транспортёр рулонов разматыватель с прижимным роликом, задающее устройство, гильотинные ножницы № 1, лентосварочная установка, механизм уборки обрези, клеть натяжения (S-образные ролики), дисковые ножницы, кромкомоталка, тормозная клеть, гильотинные ножницы № 2, заправочная тележка, моталка, передаточная тележка, поворотное устройство, отводящий транспортёр рулонов.

Агрегат резки оборудован плавающим разматывателем и моталкой, автоматизированной заправочной тележкой; качество реза обеспечивается дисковыми ножами с твердосплавной режущей частью, расположенными в быстросменной кассете.

Система подачи рулонов на агрегат продольной резки представляет собой транспортно-накопительную систему, которая осуществляет функции доставки заготовок, перемещения, хранения и задачи в технологическую цепочку агрегата. Транспортируемая деталь - рулон динамной стали. Положение при транспортировке - ось рулона параллельна оси настила. Максимальный вес транспортируемого рулона 20 тонн. Траектория движения тележки прямолинейная.

Задающий транспортёр состоит из накопительного стеллажа и передвижного подъемного стола - бунтоподъемной тележки.

Приемный стеллаж предназначен для приема очередного рулона. Вместимость приемного стеллажа - 4 рулона.

Бунтоподъемная тележка выполняет функцию транспортировки рулона от приемного стеллажа к разматывателю и для установки рулона на барабан разматывателя. Подъёмный стол состоит из механизма передвижения тележки стола и гидравлической установки подъема стола. Рабочий ход тележки стола -8850мм. Скорость передвижения тележки - 0,25м/с. Рабочее давление в цилиндрах гидросистемы - 150 МПа - 15 кгс/см². Привод перемещения тележки приемного стола от электродвигателя мощностью не менее 2,2 кВт через редуктор.

Механизм передвижения тележки состоит из электродвигателя, колодочного тормоза, муфты с тормозным шкивом, двухступенчатого цилиндрического редуктора и цепной передачи.

Работа системы осуществляется исходя из схемы работы транспортно-накопительной системы агрегата представленном на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема работы транспортно-накопительной системы агрегата: 1 - бунтоподъемная тележка; 2 - подъемного стола; 3 - механизм передвижения; 4 - рельсовый путь; 5 - вал разматывателя; 6 - пластинчатый конвейер; 7 - рулон стали; 8 - ось агрегата продольной резки

Задающий транспортер агрегата продольной резки предназначен для подачи рулонов холоднокатаной стали к разматывателю агрегата и установки рулона на вал разматывателя.

Задающий транспортер состоит из бунтоподъемной тележки 1 с подъемным столом 2, пластинчатого конвейера 6, и рельсовых направляющих 4, расположенных на дне приямка, по которым перемещается бунтоподъемная тележка.

Бунтоподъемная тележка 1 выполняет операции перемещения рулонов в горизонтальной плоскости и в вертикальной плоскости. Для этого тележка оборудована механизмом передвижения и гидравлической установкой с подъемным столом.

Механизм передвижения 3 монтируется на станине бунтоподъемной тележки и предназначен для перемещения в горизонтальной плоскости. Конструкция механизма - электромеханическая.

Гидравлическая установка монтируется на станине бунтоподъемной тележки и предназначена для перемещения рулона в вертикальной плоскости. Основными элементами её конструкции являются гидравлический блок с насосом, гидробаком и элементами управления, и одноштоковый гидроцилиндр перемещения подъемного стола.

Пластинчатый конвейер 6 крепится конечными пластинами к бунтоподъемной тележке и предназначен для предотвращения падения посторонних предметов (технологического мусора и инструментов) в приямок

Работа транспортера происходит следующим образом. Электро-мостовой кран устанавливает до четырех рулонов 7 на накопительный стеллаж транспортера. Бунтоподъемная тележка 1 подъезжает под рулон и гидравлическая установка перемещения подъемного стола 2 приподнимает рулон над стеллажом на высоту, достаточную для свободного горизонтального перемещения (Позиция 1). Затем, включается механизм передвижения 3 и тележка, двигаясь по рельсовому пути 4, транспортирует рулон к валу разматывателя 5 и останавливается (Позиция 2). Включается гидравлическая установка, и гидроцилиндр поднимает подъемный стол 2 с рулоном до совмещения оси рулона с осью вала разматывателя 5. Включается механизм передвижения 3 тележки и тележка движется горизонтально, надевая рулон на вал разматывателя (Позиция 3). Подъемный стол 2 опускается и тележка выезжает из-под вала разматывателя. Управление механизмами осуществляет оператор поста управления в полуавтоматическом режиме.

1.2 Анализ работы самоходной бунтоподъемной тележки

Транспортно - накопительная система агрегата продольной резки способна эффективно осуществлять функции доставки заготовок, перемещения, хранения, а также задачи рулонов в технологическую цепочку агрегата продольной резки стали. Для выявления конструктивных достоинств и недостатков проведём сравнительный анализ конструкции базовой бунтоподъемной тележки и тележек других конструкций.

Базовая самоходная бунтоподъёмная тележка оборудована индивидуальным электро-механическим приводом передвижения расположенным на раме, тогда как тележки других конструкций перемещаются канатной тягой от лебёдки или кабестана.

Расположение узлов гидропривода (гидробака, насосной установки, блока управления) на раме самоходной бунтоподъемной тележки позволяет значительно сократить длину трубопроводов и снизить расход рабочей жидкости и нагрузку на насосную установку за счёт уменьшения утечек и общей длины трубопроводов. Гидравлические подъёмные столы других тележек питаются рабочей жидкостью от отдельно стоящих (стационарных) насосных установок через гибкие подводы.

В некоторых конструкциях тележки перемещаются горизонтально при помощи гидравлического привода, представляющего собой длинноходовый гидроцилиндр. Применение гидравлического привода для горизонтального перемещения тележки позволяет значительно повысить точность позиционирования и обеспечивает плавность передвижения. Базовая самоходная тележка оборудована электро-механическим приводом поэтому точность горизонтального позиционирования несколько ниже из-за высокой инерционности. Применение же гидропривода для горизонтального перемещения тележки в нашем случае не возможно из-за большой длины проходимого пути.

Кроме того конструктивный недостаток базовой тележки заключается в значительном собственном весе, в связи с тем, что механизм передвижения и гидропривод подъёма стола смонтированы на раме тележки.

Рассмотрим работу самоходной бунтоподъёмной тележки.

Находясь в рабочем состоянии и идеальных условиях эксплуатации тележка подвергается действию нагрузок от собственного веса конструкции; номинального веса груза; инерционных нагрузок, возникающих в процессе пуска и торможения; вибрационных нагрузок при движении. Однако в реальных условиях эксплуатации тележка подвергается воздействию дополнительных нагрузок случайного характера. Эти нагрузки могут быть вызванны; экстренным торможением, резким пуском или торможением противодвижением; внезапным отключением электрического тока; ударными нагрузками от столкновения движущейся тележки с тупиками или мусором на рельсовых направляющих.

Предельные значения нагрузок случайного характера ограничиваются буксованием ходовых колёс, а так же регулировкой тормозного момента и электрозащитой двигателя.

Работа бунтоподъемной тележки связана с перемещением по рельсовым направляющим. В связи с этим привод механизма передвижения подвергается вибрации, ударным нагрузкам, рывкам. Вибрация и ударные нагрузки ведут к преждевременному выходу из строя подшипников качения вала приводного ската, особенно когда тележка движется с рулоном, т.е под нагрузкой. Рывки и пробуксовки при движении бывают вызваны неудовлетворительным состоянием рельсовых направляющих: наличием на них металлического мусора, потёками смазочного материала. В результате рывков происходит преждевременный износ звездочек цепной передачи, вытягивание цепи, возможен внезапный обрыв цепи. Кроме того, цикл работы тележки включает в себя частые остановки, поэтому возможны рывки, вызванные работой применённого в приводе нормально замкнутого колодочного тормоза. Серии таких рывков могут вызывать вытягивание и срез штифтов муфты.

Работа гидравлической установки подъёма стола связана с перемещением и удержанием в вертикальной плоскости рулонов большой массы. Вибрации, возникающие при движении тележки ведут к увеличению нагрузки на гидравлическую аппаратуру, вызывая нарушения герметичности подводов и системы, внезапные отказы аппаратов управления, а также преждевременный износ насосной установки.

Таким образом понятно, что причинами износа узлов механизмов являются условия работы бунтоподъемной тележки, а не недостатки конструкции. Простота конструкции привода механизма передвижения, а также кратковременный режим работы, позволяют обеспечить надежную работу привода и гидравлической установки в межремонтный период, тем не менее осмотры при плановых ремонтах выявляют наличие на узлах и деталях такой степени износа, при которой требуется их замена и восстановление. Кроме того эксплуатация тележки показала, что надёжность цепной передачи недостаточна вследствие значительного вытягивания цепи что свидетельствует о том, что грузоподъемность существующей цепной передачи недостаточна. Существует необходимость применения цепной передачи большей грузоподъёмности. Существующая штифтовая муфта производства ГДР недостаточно надёжна и не обеспечивает требуемой точности центрирования. Также не достаточна прочность корпуса циллиндрического редуктора производства ГДР - вследствие нагрузок в корпусе и на лапах появились трещины и выкрашивания.

Так как конструкция бунтоподъёмной тележки разрабатывалась в Германии, то большинство деталей и узлов привода и гидравлической установки производятся за рубежом. Запасы же запасных частей и деталей из ремонтного комплекта запасных частей исчерпаны за длительный период эксплуатации агрегата резки. В связи с этим, замена не подлежащих восстановлению импортных узлов тележки существенно увеличивает затраты на ремонт тележки. В первую очередь это касается узлов гидравлической установки подъёмного стола. Применение отечественных аналогов позволило бы существенно снизить затраты на ремонт, однако разница между габаритными и присоединительными размерами импортных узлов и отечественных аналогов не позволяют применять последние без проведения модернизации.

1.3 Цель проводимой модернизации

Целью проводимой модернизации является необходимость подготовки самоходной бунтоподъёмной тележки к замене узлов и деталей производства ГДР на стандартные узлы и детали отечественного производства. Повышение надёжности привода механизма передвижения бунтоподъёмной тележки, путём замены существующего редуктора на редуктор с более прочным корпусом, замены штифтовой муфты на фланцевую муфту, применения цепной передачи большей грузоподъемности.

1.4 Задачи проводимой модернизации

Выполнения заданной цели позволит добиться выполнение следующих задач таких, как модернизация привода бунтоподъемной тележки с заменой импортных узлов на стандартные аналоги отечественного производства; конструкция проектируемого привода аналогична конструкциям приводов, применяемых в механизмах передвижения грузоподъёмных тележек некоторых электро-мостовых кранов. Особенностью привода является высокое передаточное число, что достигается применением в его конструкции двухступенчатого редуктора и цепной передачи.

При проектировании привода основная задача - обеспечить небольшие габаритные размеры привода и добиться высокой надежности и ремонтопригодности основных его узлов. Применение в конструкции привода вертикальной цепной передачи, а так же стандартных узлов, и деталей, изготавливаемых на территории Российской Федерации и в ремонтных цехах ПАО «Северсталь» позволяет эффективно решить эти задачи.

Требования к приводу: малые габаритные размеры, высокий крутящий момент на приводном скате, высокая надежность и ремонтопригодность привода.

Исходные данные: скорость передвижения тележки V = 10 м/мин = 0,2 м/с, грузоподъемность Q = 25 тонн, режим работы - кратковременный, вес тележки и механизмов G₀ = 10,111 тонн, диаметр обода ходового колеса, D_XK = 400мм.

В данной работе я проведу модернизацию гидропривода подъемного стола с заменой импортных узлов на стандартные аналоги отечественного производства. Разработаю конструкцию тележки, включающую разработку рамы для крепления узлов привода механизма перемещения и насосной установки гидропривода подъема стола. Разработаю технологический процесс изготовления детали звездочка, а так же разработаю инструмент, а именно протяжку для выполнения посадочного отверстия в звездочке цепной передачи.

2. Конструкторская часть

2.1 Разработка кинематической схемы привода

Механизм передвижения бунтоподъемной тележки предназначен для перемещения тележки в горизонтальной плоскости. Привод механизма передвижения бунтоподъемной тележки - электромеханический; состоит из электродвигателя, муфты с тормозным шкивом, колодочного тормоза, цилиндрического редуктора, цепной передачи и двух скатов. Конструктивно привод имеет конструкцию, родственную конструкции приводов грузовых тележек мостовых кранов малой грузоподъемности.

Электродвигатель целесообразно выбирать трёхфазный асинхронный крановой серии, так как работа тележки связана с частыми остановками и переменами направления движения.

Тормоз привода колодочный, короткоходовый нормальнозамкнутый с пружинным замыканием и приводом от электромагнита. Предназначен для плавного торможения тележки в конечный период движения.

Муфта - для уменьшения размеров привода целесообразно применение муфты с тормозным шкивом или глухой муфты.

Редуктор, примененный в приводе цилиндрический двухступенчатый с косозубыми колесами.

Бунтоподъемная тележка передвигается по рельсовым направляющим, опираясь на них через два ската. Каждый скат состоит из двух ходовых колёс, установленных на один вал. Ходовые колёса конструктивно выполнены с цилиндрическим ободом и с одной ребордой. Из двух скатов только один является приводным.

Передача крутящего момента от электродвигателя 1 на скат 6 осуществляется через редуктор 4 и цепную передачу 5. Приводная звездочка цепной передачи насажена непосредственно на тихоходный вал редуктора по посадке с натягом и фиксирована торцевой крышкой. Натяжение цепи осуществляется при помощи натяжного устройства.

Работа привода происходит в соответствии с рисунком 2. А именно следующим образом крутящий момент от электродвигателя 1 передается на быстроходный вал цилиндрического двухступенчатого редуктора 4 через муфту 2 с тормозным шкивом. С тихоходного вала редуктора 4 крутящий момент передается на приводной скат 6 через цепную 5 передачу. Остановка тележки достигается работой тормоза 3.

Рисунок 2 - Кинематическая схема привода механизма передвижения бунтоподъёмной тележки: 1 - электродвигатель; 2 - муфта с тормозным шкивом (глухая); 3 - тормоз; 4 - редуктор; 5 - цепная передача; 6 - приводной скат

Привод данной конструкции отличается высокой надежностью, а также простотой обслуживания и ремонта.

2.2 Энергокинематический расчет привода

2.2.1 Расчет мощности электродвигателя

Сопротивление передвижению от сил трения:

, Н, (2.1)

где W_Т - сопротивление передвижению от сил трения, кгс;

G₀ - вес тележки и механизмов, кг (исходные данные);

Q - вес груза, кг (исходные данные);

D_XK - диаметр обода ходового колеса, см (исходные данные);

f - коэффициент трения в подшипниках опор, 0,015 [1,c.36] ;

- плечо трения качения, 0,06 [6,c.36];

k_p - коэффициент сопротивления от трения, 2 [1,c.36].

кгс = 5793,3Н.

Сопротивление от уклонов подкрановых путей:

, Н, (2.2)

где - величина уклона путей, 0,001 [1,c.36].

кг = 351,10 Н.

Полное статическое сопротивление передвижению:

, Н, (2.3)

Коэффициент полезного действия привода:

, (2.4)

где _пр - коэффициент полезного действия привода;

_муфты - коэффициент полезного действия муфты, 0,99;

_п.к - коэффициент полезного действия подшипников качения, 0,99;

_ц.п - коэффициент полезного действия цепной передачи, 0,95;

_з.к - коэффициент полезного действия зубчатой передачи, 0,96.

.

Предварительная мощность электродвигателя привода:

, кВт, (2.5)

где N - предварительная мощность привода, кВт;

W - полное сопротивление передвижению, Н;

V - скорость движения тележки с рулоном, м/мин;

Z - число приводов, 1;

_пр - коэффициент полезного действия привода.

кВт.

Выбираю электродвигатель 4А135S8 асинхронный трехфазный короткозамкнутый закрытый обдуваемый по ГОСТ 19523 - 74 согласно [2,c.391].

Паспортные данные двигателя: мощность - 4,0 кВт; синхронная частота вращения ротора - 750 об/мин; асинхронная частота вращения ротора - 720 об/мин.

2.2.2 Определение передаточного числа привода

Угловая скорость приводного ската:

, рад/с, (2.6)

где - угловая скорость, рад/с;

V - линейная скорость, 0,2 м/с (исходные данные);

D - диаметр ходовых колёс, м (исходные данные).

рад/с.

Количество оборотов ската:

, об/мин, (2.7)

где - количество оборотов на скате, об/мин;

- угловая скорость, рад/с;

9,55 - числовой коэффициент.

об/мин.

Принимаю целое значение 10 об/мин.

Общее передаточное число привода:

U_прив = , (2.8)

где U_прив - общее передаточное число привода;

n_дв - асинхронная частота вращения ротора 720 об/мин;

n - частота вращения приводного ската, об/мин.

U_прив = .

Производим разбивку общего передаточного отношения:

U_прив= U_ред U_{цп ,} (2.9)

где U_прив - передаточное отношение привода;

U_ред - передаточное отношение редуктора;

U_цп - передаточное отношение цепной передачи.

Передаточное отношение двухступенчатого редуктора принимаю из стандартного ряда U_ред = 31,5.

Передаточное отношение цепной передачи:

U_цп = , (2.10)

U_цп = .

2.2.3 Определение угловых скоростей и моментов на валах

Мощность на быстроходном валу редуктора:

N_б = (2.11)

где N_б - мощность на быстроходном валу редуктора, кВт.

N_б =

Угловая скорость быстроходного вала:

, рад/с, (2.12)

где - угловая скорость быстроходного вала, рад/с;

n_б - число оборотов на быстроходном валу, об/мин.

рад/с.

Крутящий момент на быстроходном валу редуктора:

М_б= , Нм, (2.13)

где М_б - крутящий момент на быстроходном валу, Нм.

M_б = Нм.

Мощность на тихоходном валу редуктора:

N_т = (2.14)

где N_т - мощность на тихоходном валу редуктора, кВт.

N_т =

Угловая скорость на тихоходном валу редуктора:

, рад/с, (2.15)

где - угловая скорость, рад/с.

рад/с.

Крутящий момент на тихоходном валу редуктора:

М_т = , Нм, (2.16)

где М_т - крутящий момент на тихоходном валу редуктора, Нм.

M_т = Нм.

Мощность на приводном скате:

N_с = , Вт, (2.17)

где N_с - мощность на приводном скате, Вт.

N_с =

Угловая скорость приводного ската:

, рад/с, (2.18)

где - угловая скорость, рад/с.

рад/с.

Крутящий момент на приводном скате:

М_с= , Нм, (2.19)

где М_с - крутящий момент на приводном скате, Нм.

M_с = Нм.

2.3 Выбор редуктора

Привод механизма передвижения - редукторный. Выбор редуктора производится по мощности. Исходными данными для выбора являются данные кинематического расчета - частота вращения вала электродвигателя n_э, мощность на валу электродвигателя N_э и передаточное число редуктора U_ред.

По имеющимся данным выбираю двухступенчатый цилиндрический редуктор типа ГД - V - 31.5 - A [3,c.36].

Технические характеристики редуктора ГД - V - 31.5 - A: номинальная частота вращения быстроходного вала n_б = 750 об/мин; максимальная мощность на быстроходном валу N_мах.б = 7,0 кВт; передаточное число U_ред = 31,5; коэффициент полезного действия _ред = 0,97; диаметр шейки быстроходного вала d_б = 40мм; длина быстроходного вала l_б =110мм; диаметр шейки тихоходного вала d_т = 80 мм; длина шейки тихоходного вала l_т = 170 мм; вариант сборки - А.

Двухступенчатые цилиндрические редукторы типа ГД - редукторы общего применения изготавливаются серийно. Отличаются высокой надежностью и долговечностью в работе.

2.4 Проектирование цепной передачи

2.4.1 Выбор цепи

Цепная передача служит для передачи крутящего момента с тихоходного вала редуктора на приводной скат. Расположение передачи в пространстве - вертикальное с небольшим наклоном для обеспечения самонатяжения цепи.

Частота вращения тихоходного вала редуктора:

, об/мин, (2.20)

об/мин.

Числа зубьев звёздочек выбираю из условия обеспечения минимальных размеров передачи и более плавного хода цепи. Для обеспечения плавности работы, высокой долговечности, ограничения шума в передачах со средними и высокими скоростями рекомендуется принимать [4,c.255].

, (2.21)

, (2.22)

где Z₁ - число зубьев ведущей звёздочки;

Z₂ - число зубьев ведомой звёздочки;

U_цп - передаточное отношение цепной передачи.

,

.

Принимаю , .

Фактическое передаточное число:

, (2.23)

.

Отклонение не превышает допустимого значения.

Коэффициент, учитывающий условия эксплуатации передачи:

К_э = k_д k_а k_н k_рег k_см k_реж , (2.24)

где К_э - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации передачи;

k_д - коэффициент динамической нагрузки, 1,2 [4,c.258];

k_а - коэффициент влияния длины цепи на износ, 1 [4,c.258];

k_н - коэффициент расположения передачи, 1,25 [4,c.258];

k_рег - коэффициент монтажа передачи, 1,25 [4,c.258];

k_см - коэффициент смазки, 1,5 [4,c.258];

k_реж - коэффициент режима, 1 [4,c.258].

К_э = .

Шаг цепи:

, мм, (2.25)

где [p]_и - допустимое давление в шарнирах, 3,5 кгс/мм² [4,c.258];

Z₁ - число зубьев на ведущей звёздочке, мм;

n_т - частота вращения тихоходного вала редуктора, об/мин;

К_м - коэффициент, для трёхрядной цепи принимаю, 2,5 [4,c.258];

N_т - мощность на тихоходном валу редуктора, кВт.

мм.

Выбираю по ГОСТ 13568 - 75 приводную роликовую нормальной серии шага трёхрядную цепь согласно данных [5,с.10] цепь 3ПР-38,1-38100 ГОСТ 13568 - 75. Технические характеристики цепи: шаг цепи t = 38,1 мм; площадь опоры F_оп = 1182мм²; разрушающая нагрузка Q = 381 кН = 38100 кгс; масса одного метра цепи q = 16,5 кг; допустимое давление в шарнирах [p] = 2,8МПа.

2.4.2 Проверка работоспособности выбранной цепи

Так как допустимое значение не превышает предварительно выбранного, то выбранная цепь удовлетворяет условию износостойкости.

Скорость цепи:

, м/с, (2.26)

м/с.

При данной линейной скорости цепная передача может работать в условиях периодической смазки [4,c.258].

Полезная нагрузка:

, Н, (2.27)

кгс = 11683,6 Н.

Проверка статической грузоподъёмности выбранной цепи:

, кгс, (2.28)

где k - коэффициент, согласно рекомендациям, 3 … 5 [4,c.257];

Q_min - разрушающая нагрузка для цепи, 38100 кгс.

условие прочности выполнено, выбранная цепь пригодна.

Амплитуда переменных напряжений:

_а = , МПа, (2.29)

где _а - амплитуда переменных напряжений, МПа;

S - толщина пластины, мм [5,с.10];

h - ширина пластины, мм [5,с.10];

d - диаметр ролика, мм [5,с.10].

_а = МПа.

Запас прочности по переменным напряжениям:

n = ?[n], (2.30)

где k - коэффициент концентрации напряжений, 1,46 [4,c.260];

_-1 - предел выносливости при симметричном цикле изгиба, 20 МПа.

n = 3.

Прочность по переменным напряжениям обеспечена.

Окружная сила:

, Н, (2.31)

где F_t - окружная сила, Н;

N - мощность на валу, Вт;

V - линейная скорость, м/с.

Давление в шарнире:

[p], МПа, (2.32)

где К_ц - коэффициент качества цепи, 0,85 [4,c.261];

К_м - коэффициент, учитывающий ряды цепи, 2,5 [4,c.258];

F_оп - проекция опорной поверхности шарнира, 1182 мм² [3,c.10];

[p] - допустимое давление в шарнире, 35 МПа [5,c.13].

[p].

Все условия прочности выполняются, следовательно работоспособность цепи обеспечена.

2.4.3 Основные параметры цепной передачи, конструирование звездочек

, мм, (2.33)

где а - межосевое расстояние, 710 мм.

мм.

, (2.34)

.

Число звеньев цепи:

, (2.35)

.

Округляем до целого числа L_t = 83.

Уточненное межосевое расстояние:

мм. (2.36)

Диаметр делительной окружности ведущей звёздочки:

, мм, (2.37)

мм.

Диаметр делительной окружности ведомой звездочки:

, мм, (2.38)

мм.

Диаметры наружных окружностей звездочек:

, мм, (2.39)

312,62 мм,

, мм, (2.40)

689,52мм.

Диаметр ступицы ведущей звёздочки:

, мм, (2.41)

где d_в - диаметр посадочной поверхности вала, мм.

мм.

Длина ступицы ведущей звёздочки:

, мм, (2.42)

где l_ст - длина ступицы, мм.

мм.

Диаметр ступицы ведомой звёздочки:

, мм, (2.43)

мм.

Длину ступицы ведомой звездочки назначаю конструктивно, l = 169мм.

Толщина диска ведомой звездочки:

, мм, (2.44)

где В_вн - расстояние между пластинами внутреннего звена, 25,4мм.

мм.

Для придания конструкции ведомой звездочки дополнительной прочности целесообразно применение симметрично расположенных ребер жесткости.

2.4.4 Силы действующие в передаче

Силы действующие на цепь: окружная сила F_t = 11454,5 Н.

От центробежных сил:

F_v = , кг/м, (2.45)

F_v = кг/м.

От провисания:

F_f = , Н, (2.46)

где k_f - коэффициент расположения передачи, 1.

F_f = Н.

Расчетная нагрузка на валы:

F_в = F_t + 2F_f , Н, (2.47)

F_в = Н.

2.5 Ориентировочный расчет и конструирование вала приводного ската

Конструктивно вал приводного ската ступенчатый и состоит из ступеней: ступень 1 - для посадки ходовых колёс, ступень 2 - для посадки подшипников качения, ступени 3 и 5 - свободная часть вала, ступень 4 - для посадки звёздочки цепной передачи.

Проектирование приводного вала начинают с определения диаметра предназначенного для посадки звёздочки цепной передачи из расчёта на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба. Материал вала - сталь 45.

, мм, (2.48)

где d - диаметр вала, мм;

Т - крутящий момент, Н/мм²;

[ф_к] - допускаемое напряжение на кручение,15…20 МПа [2,c.161].

мм.

Таким образом минимальный диаметр вала приводного ската должен быть не менее 115,57мм; по ряду стандартных чисел [2,c.161] принимаю предварительно.

Диаметр для посадки ходовых колёс равен 130мм.

Диаметр шеек для посадки подшипников качения равен 140мм.

Диаметр для посадки звёздочки зубчатой передачи равен 165мм.

Диаметр свободной поверхности вала равен 175мм.

2.6 Предварительный выбор подшипников и корпусов подшипниковых узлов

При работе тележки, подшипники скатов подвергаются значительным радиальным нагрузкам от веса деталей привода, металлоконструкций тележки и транспортируемого металла. Таким образом основным требованием, предъявляемым при выборе подшипников для скатов, является способность воспринимать высокие радиальные нагрузки, а также допускать незначительный перекос во время работы. Незначительными осевыми нагрузками, возникающим вследствие неточности сборки привода, или монтажа рельсовых путей при расчете можно пренебречь из-за их малой величины.

Предварительно выбираю роликовые радиальные сферические подшипники легкой серии. Для диаметра вала 140 мм предварительно выбираю подшипник 3003128 ГОСТ 5721-57 с диаметром внутреннего кольца 140 мм [6,c.466].

Подшипники устанавливаются в литых неразъёмных корпусах. Смазка подшипников - периодическая закладная, осуществляется при помощи шприца-маслёнки через отверстие для смазки. Низкая скорость вращения ската, отсутствие нагрева подшипникового узла при работе, низкая запылённость позволяют применить щелевые уплотнения.

2.7 Проверка долговечности выбранных подшипников

По результатам эскизной компоновки строим расчетную схему вала приводного ската, которая представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Расчетная схема вала приводного ската

Вал приводного ската несет нагрузки от половины веса рулона Р_р, половины веса металлоконструкций тележки и установленных на ней механизмов Р_м.т и нагрузку от цепной передачи F_в. Значит Р_р = 125000 Н; Р_м.т=50555Н; F_в= Н.

Нагрузку от цепной передачи раскладываем на составляющие:

, Н, (2.49)

Реакции опор в вертикальной плоскости:

0, (2.50)

, (2.51)

, Н, (2.52)

Н.

, Н, (2.53)

Н.

Проверка:

, (2.54)

.

Условие выполнено, уравнения составлены верно.

Строим эпюру моментов:

.(2.55)

Нм. (2.56)

Нм. (2.57)

. (2.58)

Реакции опор в горизонтальной плоскости:

, (2.59)

, (2.60)

, Н, (2.61)

Н.

, Н, (2.62)

Н.

Проверка:

, (2.63)

.

Условие выполнено, уравнения составлены верно.

Построение эпюры моментов:

. (2.64)

Нм. (2.65)

Нм. (2.66)

. (2.67)

Суммарные реакции:

, Н, (2.68)

Н.

, Н, (2.69)

Н.

Опора А является наиболее нагруженной, следовательно проверку выбранных подшипников следует производить по опоре А.

Эквивалентная нагрузка:

, Н, (2.70)

где k - температурный коэффициент, 1 [2,c.215];

Х - коффициент, 1 [6,c.471];

V - коэффициент при вращении внутреннего кольца, 1 [6,c.471];

Р - нагрузка, Н;

k - коэффициент нагружения, 1,1 [2,c.214].

Н.

Номинальная долговечность в оборотах:

, млн/об, (2.71)

где L - номинальная долговечность, млн/об;

С - динамическая грузоподъемность подшипника, Н;

- показатель степени,[2,c.211].

млн/об.

Номинальная долговечность в часах:

, ч, (2.72)

ч.

Минимальная долговечность для подшипников качения составляет 10000 часов по ГОСТ16162-85 [2,c.220]. Долговечность выбранных подшипников выше допустимой, следовательно выбор подшипника выполнен верно.

2.8 Уточненный расчет приводного вала

Примем, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу и касательные напряжения от кручения - по отнулевому (пульсирующему) циклу [2,c.161].

Уточненный расчет состоит из определения коэффициентов запаса прочности S для опасных сечений и сравнения их с допускаемыми значениями [S]. Прочность обеспечена при S[S]. Расчет будем производить для предположительно опасных сечений вала.

Материал вала приводного ската является сталь 45. Термообработка нормализация. Предел выносливости _в = 570 МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

_-1 = , МПа, (2.73)

_-1 = МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле кручения:

_-1=, МПа, (2.74)

_-1=МПа.

Масштабные факторы при диаметре вала 130мм принимаем согласно [7,c.166]: - масштабный фактор для нормальных напряжений, 0,61; - масштабный фактор для напряжений кручения, 0,52.

Сечение А - А. Концентрация напряжений вызвана наличием шпоночной канавки. Рассчитываем это сечение на кручение.

Момент сопротивления кручению:

, мм³, (2.75)

мм³.

Амплитуда и напряжение отнулевого цикла:

, МПа, (2.76)

Коэффициент запаса по касательным напряжениям:

, (2.77)

.

Амплитуда цикла нормальных напряжений:

, МПа, (2.78)

МПа.

Среднее напряжение _m = 0 согласно рекомендациям [2,c.163].

Коэффициент запаса по нормальным напряжениям:

, (2.79)

.

Результирующий коэффициент:

, (2.80)

где - значение коэффициента запаса прочности, 2,5 [2,c.163].

.

Условие , прочность сечения обеспечена.

Сечение Б - Б. Концентрация напряжений вызвана посадкой ведомой звездочки с натягом.

Изгибающий момент в горизонтальной плоскости:

Нм. (2.81)

Изгибающий момент в вертикальной плоскости:

Нм. (2.82)

Суммарный изгибающий момент в сечении:

, Нмм, (2.83)

Осевой момент сопротивления:

, мм³, (2.84)

мм³.

Амплитуда нормальных напряжений:

, МПа, (2.85)

МПа.

Среднее напряжение _m = 0 согласно рекомендациям [2,c.163].

Полярный момент сопротивления:

, мм³, (2.86)

W_р = 2 • 440789,766 = 881579,53 мм³

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

, МПа, (2.87)

Коэффициент запаса по нормальным напряжениям по формуле (2.79):

.

Коэффициент запаса по касательным напряжениям по формуле (2.77):

.

Результирующий коэффициент по формуле (2.80):

.

Условие , прочность сечения обеспечена.

Сечение В - В. Концентрация напряжений обусловлена переходом от диаметра 175мм к диаметру 165мм.

При и согласно рекомендациям [7,c.164] принимаю следующие показатели.

Коэффициенты концентрации напряжений k = 1,96 и k =1,30.

Масштабные факторы: = 0,61 и = 0,52.

Осевой момент сопротивления:

, мм³_, (2.88)

мм³_.

Амплитуда нормальных напряжений:

, МПа, (2.89)

МПа.

Среднее напряжение _m = 0 согласно рекомендациям [2,c.163].

Полярный момент сопротивления:

, мм³ _, (2.90)

.

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

, МПа, (2.91)

Коэффициент запаса по нормальным напряжениям по формуле (2.79):

.

Коэффициент запаса по касательным напряжениям по формуле (2.77):

.

Результирующий коэффициент по формуле (2.80):

.

Условие , прочность сечения обеспечена.

Сечение Б - Б. Концентрация напряжений вызвана наличием шпоночной канавки. Рассчитываем это сечение на кручение.

Момент сопротивления кручению:

, мм³, (2.92)

мм³.

Амплитуда и напряжение от нулевого цикла по формуле (2.76):

Коэффициент запаса по касательным напряжениям по формуле (2.77):

Амплитуда цикла нормальных напряжений по формуле (2.78):

МПа.

Коэффициент запаса по нормальным напряжениям по формуле (2.79):

Результирующий коэффициент по формуле (2.80):

Условие , прочность сечения обеспечена.

2.9 Выбор муфты

Для передачи момента с вала двигателя на вал редуктора требуется выбрать муфту. Если соосность соединяемых валов в процессе монтажа и эксплуатации выдерживается, то допустимо использовать глухую (закрытую) фланцевую муфту. Конструкция глухой (закрытой) фланцевой муфты позволяет использовать её в качестве тормозного шкива [8,c.11].

Типоразмер муфты выбираю по диаметрам валов и величине расчетного крутящего момента.

, Нм, (2.93)

где Т_р - допустимый крутящий момент, Нм;

Т_ном - номинальный расчетный крутящий момент, Нм;

k - коэффициент условий эксплуатации, 1,2 [7,c.272].

Нм.

Выбираю фланцевую муфту исполнения 1:

Муфта фланцевая 250-40-11-38-11 ГОСТ 20761-80.

Допустимый крутящий момент муфты [T] = 250 Нм.

Диаметры отверстий полумуфт 40 и 38 мм; исполнение полумуфт 1

, условие выполняется, надежность муфты обеспечена.

Производить проверку выбранной муфты на прочность не требуется, так как во первых она стандартная, а во вторых крутящий момент выбран с большим запасом. Это позволяет утверждать, что прочность муфты обеспечена.

2.10 Расчёт и выбор тормоза

Тормозной момент:

, Нм, (2.94)

где М_ин - момент сил инерции поступательно движущихся масс, Нм;

М_с - момент сил сопротивления, приведенный к валу двигателя, Нм.

Для груженой тележки:

, Нм, (2.95)

где Q - грузоподъёмность, 25000 кг (исходные данные);

m_т - масса тележки, 10111кг (исходные данные);

а_т - замедление при торможении, 0,3…0,6 м/с² [7,c.272];

k_ин - коэффициент неучтённых инерционных масс, 1,1…1,3 [7,c.272].

Нм.

, Нм, (2.96)

где W_ст - статическое сопротивление движению тележки с грузом, Н.

Нм.

Нм.

Выбираем колодочный тормоз с пружинным замыканием и приводом от электромагнита [9.табл.2.7] типа ТКТ - 200, с приводным электромагнитом МО - 200Б.

Параметры тормоза: максимальный тормозной момент М_{т мах}=160 Нм при продолжительности включения ПВ 25% - 40%.

Диаметр тормозного шкива d_шк=200 мм.

2.11 Подбор шпонок и проверка прочности шпоночных соединений

Шпоночные соединения предназначены для соединения валов с деталями передающими вращение. В приводе механизма передвижения шпоночные соединения применяются для передачи крутящего момента с вала электродвигателя на полумуфту, передачи крутящего момента с полумуфты на быстроходный вал редуктора, передачи крутящего момента с тихоходного вала редуктора к звёздочке цепной передачи, передачи крутящего момента с ведомой звёздочки на вал приводного ската, передачи крутящего момента с вала ската ходовым колёсам.

Выходной конец вала электродвигателя имеет диаметр d₁ = 38мм, а так же длину l₁ = 80мм. Для передачи крутящего момента с вала электродвигателя на полумуфту при заданных размерах вала выбираю шпонку призматическую со скруглёнными торцами. Материал шпонки - сталь 45ГОСТ 1050 - 88 [10,c.295].

Шпонка 12 8 70 ГОСТ 23360 - 78.

Проверяем шпоночное соединение на смятие.

Напряжение смятия:

, МПа, (2.97)

где t₁ - глубина паза вала, мм [10,c.295];

[_см] - допустимое напряжение смятия, 100…200 МПа;

l - длина шпонки, мм;

h - высота шпонки, мм;

b - ширина шпонки, мм;

Т - крутящий момент на валу электродвигателя, Нм.

.

Условие прочности выполнено, прочность шпоночного соединения обеспечена.

Выходной конец быстроходного вала редуктора имеет диаметр d_б = 40мм и длину l_б = 110 мм. Для передачи крутящего момента с полумуфты на вал при заданных размерах вала выбираю шпонку призматическую со скруглёнными торцами. Материал шпонки - сталь 45 ГОСТ 1050 - 88 [10,c.295].

Шпонка 12 8 70 ГОСТ 23360 - 78.

Расчёт данной шпонки уже производился. Прочность соединения обеспечена.

Выходной конец тихоходного вала редуктора имеет диаметр d_б = 80 мм и длину l_б = 170 мм. Для передачи крутящего момента с вала редуктора на звёздочку цепной передачи при заданных размерах вала выбираю шпонку призматическую со скруглёнными торцами. Материал шпонки - сталь 45 ГОСТ 1050 - 88 [10,c.295].

Шпонка 22 14 150 ГОСТ 23360 - 78.

Проверяем шпоночное соединение на смятие.

Напряжение смятия по формуле:

.

Условие прочности выполнено, прочность шпоночного соединения обеспечена.

Ступень вала приводного ската для посадки ведомой звёздочки цепной передачи имеет диаметр d_с = 165 мм и длину l_с = 170 мм. Для передачи крутящего момента со звёздочки на вал при заданных размерах вала выбираю шпонку призматическую со скруглёнными торцами. Материал шпонки - сталь 45 ГОСТ 1050 - 88 [10,c.295].

Шпонка 40 22 140 ГОСТ 23360 - 78.

Проверяем шпоночное соединение на смятие.

Напряжение смятия по формуле:

.

Условие прочности выполнено, прочность шпоночного соединения обеспечена.

Ступень вала приводного ската для посадки ходового колеса имеет диаметр d_хк = 130 мм и длину l_хк = 123 мм. Для передачи крутящего момента с вала на ходовое колесо, при заданных размерах вала выбираю шпонку призматическую со скруглёнными торцами. Материал шпонки - сталь 45 ГОСТ 1050 - 88 [10,c.295].

Шпонка 32 18 120 ГОСТ 23360 - 78.

Проверяем шпоночное соединение на смятие.

Напряжение смятия по формуле:

.

Условие прочности выполнено, прочность шпоночного соединения обеспечена.

2.12 Расчет и выбор гидроцилиндра

Выбираем поршневой гидроцилиндр двустороннего действия с односторонним штоком.

Руководствуясь техническими характеристиками привода, принимаем следующие значения для основных характеристик.

Осевое усилие, необходимое для перемещения рабочего органа с грузом:

Н.

Максимальная скорость движения рабочего органа:

м/с.

Рабочее давление насоса принимаем равным Р_н = 16 МПа.

Рабочее давление в гидроцилиндре с предварительным учетом потерь давления:

, МПа ,(2.98)

МПа.

Диаметр поршня гидроцилиндра:

, мм, (2.99)

где Р₁ - давление, равное рабочему давлению, МПа;

Р₂ - противодавление, 0,3…0,9 МПа;

₁ и ₂ - коэффициенты, зависящие от выбранного гидроцилиндра.

Выбран гидроцилиндр с односторонним штоком: ₁ = 0 и ₂ =0,71.

.

По полученному значению D выбираем стандартный гидроцилиндр соблюдая условие D_ст D. Гидроцилиндр ЦГ 180х125х1000 ТУ 4143-005-00235466-2002. Технические характеристики: диаметр поршня D_ст = 180 мм; диаметр штока d_ст = 125мм; ход штока S = 1000 мм; Р_ном = 32 МПа.

Проверяю выбранный гидроцилиндр на устойчивость в соответствии с таблицей 10.2 [11] работы исходя из требуемой длины хода. При диаметре штока 180 мм и длине хода 1000 мм устойчивость штока обеспечена.

2.13 Составление принципиальной схемы гидропривода

Рисунок 4 - Принципиальная схема гидропривода подъёма стола тележки: НУ - насосная установка, Ф - фильтр, МН - манометр , ПК - предохранительный клапан, ГД - гидроклапан давления, ГЗ - гидрозамок, Д - дроссель с обратным клапаном, ОК - обратный клапан, РР - гидрораспределитель, ГЦ - гидроцилиндр

Принцип работы гидропривода.

Подъем стола или «Быстрый подвод»: от поворота командного ключа включается ЭМ1, распределитель РР включается в правую по схеме позицию. Схема движения потоков жидкости для рассматриваемого случая представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Движение потоков жидкости при «быстром подводе»

Опускание стола или «Быстрый отвод»: от поворота командного ключа включается ЭМ2, распределитель РР включается в левую по схеме позицию. Схема движения потоков жидкости для рассматриваемого случая представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Движение потоков жидкости при «быстром отводе»

Стоп: командный ключ находится в положении «стоп». ЭМ1 и ЭМ2 выключены, золотник распределителя РР находится в нейтральном положении. Схема движения потоков жидкости представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Движение потоков жидкости при положении ключа в режиме «стоп»

2.14 Расчет и выбор насосной установки

Максимальный расход жидкости необходимый для питания гидроцилиндра при быстром подводе:

, л/мин, (2.100)

Максимальный расход жидкости необходимый для питания гидроцилиндра при быстром отводе:

, л/мин, (2.101)

где - максимальная скорость поршня, м/с;

F_1ст, F_2ст - эффективные площади, мм².

, мм²_,(2.102)

, мм²_,(2.103)

где D - диаметр поршня, мм;

d - диаметр штока стандартного выбранного гидроцилиндра, мм.

м².

м².

Q _БП = 0,039 • 0,25 = 0,00099 м³/с.

Q _БО = 0,039 • 0,13 = 0,00051 м³/с.

0,001 м³/с = 60 л/мин, тогда Q _БП = 59,5 л/мин, Q _БО = 30,8 л/мин.

Насосная установка выбирается по большему из расходов Q_Н Q_МАХ.

Величина требуемого давления на выходе из насоса P_H = 16 МПа.

Выбираем пластинчатый регулируемый насос типа НПл - 56/16. Данный тип насосов обладает малой пульсацией потока, более низким уровнем шума и меньшей стоимостью по сравнению с шестерёнными насосами. Техническая характеристика насоса НПл - 56/16:

- рабочий объём: 56 см3;

- номинальная подача: 71,4 л/мин;

- номинальная частота вращения вала: 1450 об/мин;

- номинальное давление на выходе: 16 МПа;

- максимальное кратковременное давление на выходе до 17 МПа.

Для насоса выбираем насосную установку типа:

ЗКС100.В1.16.71,4.18.3.2.3 УХЛ4 ТУ2-053-1781-86

З - исполнение по высоте;

К - с кожухом;

С - тип насосной установки;

100 - вместимость бака 100 л;

В1 - горизонтальный с насосом типа НПл;

16 - номинальное давление, МПа;

71,4 - номинальная подача насоса;

18 - мощность электродвигателя, кВт;

3 - тип первого гидроаппарата предохранительного блока;

2 - диаметр условного прохода;

2 - номинальная мощность настройки гидроаппарата;

УХЛ4 - климатическое исполнение.

2.15 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

2.15.1 Выбор гидроаппаратуры

Выбираем аппаратуру по величине расхода и рабочего давления в той линии, где установлен аппарат.

Фильтр тип 3ФГМ 32 ТУ 2 - 053 - 1778 - 86:

- номинальное давление Р_ном = 32 МПа;

- номинальный расход Q_ном = 100 л/мин;

- перепад давлений Р = 0,08 МПа;

- внутренние утечки Q = 0,08 л/мин.

Манометр показывающий тип МТ-25-4 ТУ 25-02.72 -- 75:

- верхний предел измерений - 25МПа;

- класс точности - 4.

Гидрозамок тип ГЗМ 16/3МА ТУ 2 - 053 - 1828 - 87:

- тип монтажа - модульный;

- номинальное давление Р_ном = 32 МПа;

- условный проход d_у = 16 мм;

- номинальный расход Q_ном = 100 л/мин;

- перепад давлений Р = 0,35 МПа;

- гидрозамок установлен в линии А;

- внутренние утечки Q = 0,035 л/мин.

Обратный клапан тип МКОМ 16/3МР ТУ 2 - 053 - 1829 - 87:

- тип монтажа - модульный;

- номинальное давление Р_ном = 32 МПа;

- условный проход d_у = 16 мм;

- номинальный расход Q_ном = 100 л/мин;

- перепад давлений Р = 0,25 МПа;

- клапан установлен в линии Р;

- внутренние утечки Q = 0,00013 л/мин.

Гидроклапан давления тип КЕМ 16/3МР ТУ 2 - 053 - 1679 - 84:

- тип монтажа - модульный;

- номинальное давление Р_ном = 32 МПа;

- условный проход d_у = 16 мм;

- номинальный расход Q_ном = 120 л/мин;

- перепад давлений Р = 0,15 МПа;

- клапан установлен в линии Р со сливом в линию Т;

- внутренние утечки Q = 0,00013 л/мин.

Предохранительный клапан тип МКПМ 16/ЗМР ТУ 2 - 053 - 1758 - 85:

- тип монтажа - модульный;

- максимальное давление Р_ном = 32 МПа;

- условный проход d_у = 16 мм;

- номинальный расход Q_ном = 125 л/мин;

- перепад давлений Р = 0,65 МПа;

- внутренние утечки Q = 0,035 л/мин;

Дроссель тип МДКМ 16/3МА ТУ 2 - 053 - 1799 - 86:

- тип монтажа - модульный;

- номинальное давление Р_ном = 32МПа;

- условный проход d_у = 16 мм;

- номинальный расход Q_ном = 100 л/мин;

- перепад давлений Р = 0,15 МПа;

- дроссель установлен в линии А;

- внутренние утечки Q = 0,035 л/мин.

Реверсивный распределитель тип ВЕX16X.34.В220E УХЛ4 по ГОСТ 24679-81:

- номинальное давление Р_ном = 25 МПа;

- номинальный расход Q_ном = 80 л/мин;

- перепад давлений Р = 0,2 МПа;

- внутренние утечки Q = 0,3 л/мин;

- В - тип золотниковый;

- ЕХ - электрогидравлическое управление;

- 16 - условный проход d_у = 16 мм;

- 34 - номер схемы в соответствии с таблицей 4.1 [11];

- В - род тока: переменный;

- 220 - напряжение, В;

- Е - соединены линии Р и Х;

- УХЛ4 - климатическое исполнение и категория размещения.

2.15.2 Расчет трубопроводов

Выбираем трубопроводы исходя из величины внутреннего диаметра трубопровода d и минимально допустимой толщины стенки д.

Внутренний диаметр трубопровода:

, мм,(2.104)

где Q - расход масла, л/мин;

V_м - рекомендуемая скорость течения жидкости, м/с.

При Р_ном.=16 МПа, для напорных линий рекомендуется V_м = 4 м/с, для сливных и напорно-сливных линий V_м = 2 м/с СЭВ PC 3644--72.

Минимально допустимая толщина стенки:

, мм,(2.105)

где Р - максимальное давление жидкости, МПа;

- предел прочности на растяжение, = 340;

- коэффициент безопасности,

Максимальное давление жидкости равно максимально возможному давлению насоса Р = 17 МПа. Для сливных лини принимаем Р = 0,9 МПа.

Участки 1-2, 2-14 (напорные) Q = 71,4 л/мин = 0,00119 м³/с.

= 18,33 мм.

.

Выбираем стальную бесшовную холоднодеформированную трубу по ГОСТ 8734 -- 75: ; труба .

Проверяем условие d_ст ? d_р: d_ст = 25 - 2 · 3 = 19 > 18,33 мм, условие выполнено.

Проверяем условие : мм, условие выполнено.

Участки 2-3, 4-5 (напорные) Q = 59,5 л/мин = 0,00099 м³/с.

= 17,74, мм.

.

Выбираем стальную бесшовную холоднодеформированную трубу по ГОСТ 8734 -- 75: ; труба .

Проверяем условие d_ст ? d_р: d_ст = 25 - 2 · 3 = 19 > 18,33 мм, условие выполнено.

Проверяем условие : мм, условие выполнено.

Участки 6-7, 8-9 (напорно-сливные) Q = 59,5 л/мин = 0,00099 м³/с.

= 25,1, мм,

.

Выбираем стальную бесшовную холоднодеформированную трубу по ГОСТ 8734 -- 75: ; труба .

Проверяем условие d_ст ? d_р: d_ст = 34 - 2 · 3 = 28 > 25,01 мм, условие выполнено.

Проверяем условие : мм, условие выполнено.

Участок 10-11 (напорно-сливной) Q = 30,8 л/мин = 0,00051 м³/с.

= 18,05, мм,

.

Выбираем стальную бесшовную холоднодеформированную трубу по ГОСТ 8734 -- 75: ; труба .

Проверяем условие d_ст ? d_р: d_ст = 25 - 2 · 3 = 19 > 18,05 мм, условие выполнено.

Проверяем условие : мм, условие выполнено.

Участок 12-13 (сливной) Q = 59,5 л/мин = 0,00099 м³/с.

= 25,1 мм.

Выбираем стальную бесшовную холоднодеформированную трубу по ГОСТ 8734 -- 75: ; труба .

Проверяем условие d_ст ? d_р: d_ст = 34 - 2 · 3 = 28 > 25,01 мм, условие выполнено.

Проверяем условие : мм, условие выполнено.

Участок 15-16 (сливной) Q = 71,4 л/мин = 0,00119 м³/с.

= 25,9 мм.

Выбираем стальную бесшовную холоднодеформированную трубу по ГОСТ 8734 -- 75: ; труба .

Проверяем условие d_ст ? d_р: d_ст = 34 - 2 · 3 = 28 > 25,9 мм, условие выполнено.

Проверяем условие : мм, условие выполнено.

Исходя из выбранного давления насоса Р_н = 16 МПа для соединения трубопроводов выбираем соединения с шаровым ниппелем по ГОСТ2 Г91-26-78 и ГОСТ2 Г91-30-78.

2.16 Определение потерь давления в аппаратах и трубопроводах

2.16.1 Определение потерь давления в аппаратах

Потери давления в гидроаппаратах на этапе цикла БП (быстрый подвод):

, МПа, (2.106)

где А и В - коэффициенты экспериментальной зависимости.

, ,(2.107)

, ,(2.108)

где Q_ном - номинальный расход аппарата, м³/с;

Q_бп - расход жидкости при быстром подводе, м³/с;

- потери давления в аппарате при номинальном расходе, МПа;

- перепад давления открывания или настройки, МПа.

Потери давления для гидрораспределителя ВЕX16X.34.В220E УХЛ4: Qном = 80 л/мин (0,00133 м3/с); Дp₀ = 0 МПа; Дp_ном=0,2 МПа.

Коэффициенты аппроксимации:

МПа · с/м³_.

МПа · с²/м⁶_.

Отсюда вычислим потери давления при быстром подводе БП в напорной и сливной линиях.

Напорная линия:

Q_max = 0,99 •10^-3 м³/с.

р_ГА = 0 + 75,2 • 0,00099 + 56532,3 • 0,00099² = 0,13 МПа.

Сливная линия:

Q_max = 0,51 •10^-3 м³/с.

р_ГА = 0 + 75,2 • 0,00051 + 56532,3 • 0,00051² = 0,054МПа.

Расчет потерь давления в гидроаппаратах сводим в таблицу 1.

Таблица 1 - Потери давления в гидроаппаратах при быстром подводе

Итого потери при БП: напорная линия (Ф + КО + РР + ГЗ + Д) ?Др_га=0,604 МПа, сливная линия (РР) ?Др_га=0,054 МПа.

2.16.2 Определение потерь давления в трубопроводах по длине

Потери давления по длине обусловлены вязким трением жидкости при ее течении в трубопроводе. Потери давления на вязкое трение:

, МПа,(2.109)

где - плотность рабочей жидкости, кг/м³;

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

_i - коэффициент гидравлического трения на - том участке;

L_i - длина i - го участка трубопровода, м;

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

f_ст - площадь внутреннего сечения i - го участка, м².

За рабочую жидкость принимаем минеральное масло ИГП-38 ГОСТ ТУ 38101413-78 класс вязкости по ISO 3448-68, группа по ISO6743/4-1981-НМ масло с антикоррозионными, антиокислительными и противоизносными присадками [13].

Кинематическая вязкость = 35-40мм²/с; плотность =890т/м³; температу-ра вспышки ; температура замерзания.

Площадь внутреннего сечения:

, м²_,(2.110)

Фактическая скорость движения жидкости:

,м/с,(2.111)

где Q - расход жидкости в линии, м³/с.

Определение режима течения жидкости осуществляется по числу Рейнольдса:

, (2.112)

где - кинематический коэффициент вязкости, м²/с.

Сравниваем полученное число с критическим Re_кр, если Re Re_кр то режим течения - ламинарный, если Re Re_кр то режим турбулентный. Для гладких круглых труб, а также для отверстий в корпусе гидроблока управления Re_кр= 2300, для рукавов Re_кр= 1600.

Участок 1-2:

м²_.

м/с.

Re = .

Re Re_кр следовательно режим ламинарный.

Для гладких цилиндрических трубопроводов при ламинарном режиме коэффициент гидравлического трения определяется:

,(2.113)

где R_i - число Рейнольдса на i-том участке, .

Потери на участке 1-2:

=.

Па = 0,0024 МПа.

Результаты расчета других участков заносим в таблицу 2.

Таблица 2 - Потери давления по длине на этапе цикла БП

Итого потери при БП: напорная линия ?Др_е = 0,0179 МПа, сливная линия ?Др_е = 0,0169 МПа.

2.17 Местные потери давления

Местные потери с определяются по формуле:

, МПа(2.114)

где Q - расход жидкости, м³/с;

- коэффициент местных потерь, 0,3.

Коэффициенты определяются по справочнику [11].

Местные потери на участке 1-2: местное сопротивление - тройник, потоки расходятся, максимальный расход Q = 0,00119 м³/с, внутренний диаметр трубопровода 19 мм.

МПа.

Результаты расчёта остальных участков заносим в таблицу 3.

Таблица 3 - Местные потери давления при быстром подводе

Итого потери при БП: напорная линия ?Др_м=0,058 МПа, сливная линия ?Др_м=0,0204 МПа.

2.18 Проверка насосной установки

Заключительным этапом является расчёт суммарных потерь давления в напорной и сливных линиях и проверка насосной установки:

, МПа,(2.115)

, МПа.(2.116)

Быстрой подвод БП:

МПа.

МПа.

По результатам расчёта уточняем выбор насосной установки по давлению:

, МПа,(2.117)

МПа.

Вывод: выбранная насосная установка удовлетворяет предъявляемым требованиям, т.к. Р_н.НОМ = 16 МПа, условие выбора Р_н.НОМ Р_н.треб выполняется.

3. Технологическая часть

3.1 Описание конструкции и назначения детали

Деталь - ведущая звёздочка цепной передачи. Данная звёздочка является ведущей звёздочкой в цепной передаче, передающей крутящий момент с вала редуктора на приводной скат. В ступице выполнено осевое отверстие, для посадки детали на вал. Осевое отверстие имеет Ш80Н7 - седьмой квалитет точности; шероховатость 2,5 мкм. Передача вращения с вала на деталь осуществляется через шпонку, поэтому в отверстии ступицы выполняется шпоночный паз. Шпоночный паз имеет 9 квалитет точности, допуск симметричности 0,01. В цепной передаче применена трёхрядная роликовая цепь, поэтому зубчатый венец звёздочки выполняется трёхрядным. Он является рабочим элементом конструкции, предназначенным для передачи вращения от ступицы на трёхрядную роликовую цепь. Вследствие этого зубчатый венец испытывает подвергается воздействию силовых нагрузок и абразивному износу. Особенно трудные для обработки, важные поверхности это зубья (имеют степень точности 8-В; шероховатость поверхности R_a=2,5 мкм; биение 0,06 относительно А). Деталь изготовляется из стали 45 ГОСТ 1050-88 углеродистой качественной и проходит термическую обработку.

Менять материал на менее дорогостоящий не стоит. Сталь 45 является дешевым материалом, который легко найти в продаже. Его характеристики создают условия, которые необходимы для изготовления детали звёздочка.

Точность и шероховатость, указанные на чертеже, а также материал соответствуют назначению детали.

3.2 Технологический контроль чертежа детали

Чертеж детали звёздочка выполнен согласно ЕСКД. Правильность изображения детали, обозначение посадок, предельных отклонений размеров, отклонений форы и взаимного расположения поверхностей детали, шероховатости поверхности, элементов конструкции детали позволяют получить все данные для разработки техпроцесса изготовления.

3.3 Анализ технологичности конструкции детали

Звёздочки - массовые детали машиностроения, поэтому вопросы технологичности приобретают для них особенно важное значение. При анализе технологичности конструкции следует определить возможность высокопроизводительных методов формообразования зубчатого венца с применением пластического деформирования в горячем и холодном состоянии. Конструкция звёздочки характеризуется простой формой центрального отверстия; простой конфигурацией наружного контура звёздочки.

Деталь не имеет труднодоступных мест для обработки и контрольных измерений. Данную деталь можно обрабатывать на типовом стандартном оборудовании, стандартным режущим инструментом, используя универсальные типовые приспособления. Для детали возможна высокопроизводительная обработка «на проход»

3.4 Выбор способа изготовления заготовки

Для изготовления заготовки будем рассматривать следующие способы: поковку методом свободной ковки; штамповку на горячековочной машине ГКМ.

Метод свободной ковки отличается повышенной металлоемкостью, но не требует больших затрат на изготовление. Штамповка на ГКМ позволяет получить более точную заготовку, но требует повышенных затрат при подготовке производства. Сравнительный анализ представлен в таблице 4.

Таблица 4 - Сравнительный анализ методов изготовления заготовки

Стоимость заготовки по 1 варианту

Масса заготовки:

, кг, (3.1)

где V_З - объем заготовки, см³;

с - удельный вес стали, 7,86 г/см².

кг.

, см³, (3.2)

, см³, (3.3)

см³.

Стоимость заготовки:

, руб, (3.4)

где К_т, К_с, К_в., К_м, К_п - коэффициенты;

С_I - стоимость 1тонны заготовок, принятых за базу, руб.;

Q - масса заготовки, кг.

руб.

Стоимость заготовки по 2 варианту.

Масса заготовки по формуле (3.1):

кг.

, см³, (3.5)

, см³.

Стоимость заготовки по формуле (3.4):

руб.

Таким образом, стоимость заготовки получаемой методом штамповки на ГКМ ниже, чем стоимость заготовки из поковки.

На основании технико-экономического анализа выбираем заготовку, полученную методом горячей штамповки на ГКМ.

3.5 Выбор плана обработка детали

Технологический процесс обработки детали предусматривает несколько стадий. Если рассматривать данный процесс укрупненно, то необходимо выделить черновую обработку и окончательную. Каждая из этих стадий разбивается на необходимое количество технологических операций.

В описании технологического процесса не указывают такие операции как смазка, упаковка, нанесение специальных покрытий и тд.

Предварительно выбираем следующий технологический маршрут обработки.

Маршрут обработки разрабатывается на основе типового технологического маршрута изготовления детали звёздочка [15,с.425].

Основные операции при изготовлении данного вала следующие: токарная, зубонарезная, протяжная, шлифовальная [15,с.425].

Токарная операция.

Токарная операция выполняется за 2 установа. Установка заготовки в трёхкулачковом самоцентрирующемся патроне по наружной поверхности с базированием по торцу [16].

Первый установ токарной операции.

Подрезать торец Ш 170 мм предварительно.

Подрезать торец Ш 312 мм / Ш 170 мм предварительно.

Подрезать торец Ш 170 мм окончательно.

Подрезать торец Ш 312 мм / Ш 170 мм окончательно.

Точить наружную поверхность поверхность Ш 170 мм на длину 12,5 мм предварительно.

Точить наружную поверхность Ш 170 мм на длину 12,5 мм начисто.

Снять фаску.

Расточить отверстие Ш 79 мм предварительно.

Расточить отверстие Ш 79Н11^(+0,190) окончательно.

Второй установ токарной операции.

Установка детали в разжим по внутреннему отверстию с базированием по торцу.

Подрезать торец Ш 170 мм предварительно.

Подрезать торец Ш 312 мм / Ш 170 мм предварительно.

Подрезать торец Ш 170 мм окончательно.

Подрезать торец Ш 312 мм / Ш 170 мм окончательно;

Точить наружную поверхность поверхность Ш 170 мм на длину 12,5 мм предварительно.

Точить наружную поверхность Ш 170 мм на длину 12,5 мм начисто.

Снять фаску.

Точить наружную поверхность Ш 312 мм предварительно.

Точить наружную поверхность Ш 312 мм окончательно.

Снять фаски.

Точить 6 пазов шириной 6 мм на глубину 20 мм предварительно.

Точить 3 паза окончательно специальным фасонным резцом.

Зубонарезная операция.

Фрезеровать 24 зуба шаг 38,1.

Протяжная операция.

Протянуть шпоночный паз В = 22 Н9.

Протянуть отверстие Ш 80Н7^(0,030).

Шлифовальная операция.

Шлифовать зубья.

3.6 Определение типа производства

Определение типа производства, формы его организации производим по базовому технологическому процессу. Тип производства по ГОСТ 3.1108-88, [14], характеризуется коэффициентом закрепления операций К_з.о. Который показывает отношение всех различных технологических операций, выполняемых или подлежащих выполнению подразделением в течении месяца, к числу рабочих мест.

, (3.6)

где О - суммарное число различных операций;

Р - число рабочих подразделений, выполняющих операции.

На основании данных рассчитывается годовая программа распологая штучным или штучно-калькуляционным временем, затраченным на каждую операцию, определяют количество станков:

, штук, (3.7)

где N - годовая программа, 5000 штук;

Тшт - штучное время, мин;

F_д - годовой фонд работы оборудования, 3904 часа;

К_зн - коэффициент загрузки оборудования, 0,75…0,85 [14].

Рассчитаем Т_шт для всех операций:

, мин, (3.8)

где Т_о - основное технологическое время, мин [14].

Токарная операция.

Установ 1.

Подрезать торец Ш 170 мм предварительно:

, мин, (3.9)

мин.

Подрезать торец Ш 312 мм / Ш 170 мм предварительно:

мин.

Подрезать торец Ш 170 мм окончательно:

, мин, (3.10)

мин.

Подрезать торец Ш 312 мм / Ш 170 мм окончательно:

мин.

Точить наружнюю поверхность поверхность Ш 170 мм на длину 12,5 мм предварительно:

, мин, (3.11)

мин.

Точить наружную поверхность Ш 170 мм на длину 12,5 мм начисто:

, мин, (3.12)

мин.

Снять фаску 3х45⁰:

, мин, (3.13)

мин.

Расточить отверстие Ш 79 мм предварительно:

, мин, (3.14)

мин.

Расточить отверстие Ш 79Н11^(+0,190)окончательно:

, мин, (3.15)

мин.

Второй установ токарной операции.

Подрезать торец Ш 170 мм предварительно:

мин.

Подрезать торец Ш 312 мм / Ш 170 мм предварительно:

мин.

Подрезать торец Ш 170 мм окончательно:

мин.

Подрезать торец Ш 312 мм / Ш 170 мм окончательно:

мин.

Точить наружную поверхность поверхность Ш 170 мм на длину 12,5 мм предварительно:

мин.

Точить наружную поверхность Ш 170 мм на длину 12,5 мм начисто:

мин.

Снять фаску 3х45⁰:

мин.

Точить наружную поверхность Ш 312 мм предварительно:

мин.

Точить наружную поверхность Ш 312 мм окончательно:

мин.

Точить 6 пазы шириной 20 на глубину 24 предварительно.

Точить пазы окончательно, выполнить скругления:

мин.

Зубонарезная операция.

Фрезеровать 24 зуба шаг 38,1 дисковой фрезой:

мин.

Протяжная операция.

Протянуть шпоночный паз В = 22 Н9:

, мин, (3.16)

мин.

Протянуть отверстие Ш 80Н7^(0,030):

мин. (3.17)

.

Шлифовальная операция.

Шлифовать зубья:

, мин, (3.18)

мин.

Штучное время.

Токарная операция:

мин.

штук.

Зубонарезная операция:

мин.

штук.

Протяжная операция:

мин.

штук.

Шлифовальная операция:

мин.

штук.

Фактический коэффициент загрузки рабочего места:

, (3.19)

Количество операций, выполняемых на рабочем месте:

, (3.20)

Данные по технологическому процессу заносим в таблицу 5.

Таблица 5 - Данные по технологическому процессу

.

Для крупносерийного производства 1?К_З.О.?10 следовательно производство будет крупносерийное [14].

3.7 Расчет припуска на обработку

Расчет припуска выполняем по методу профессора Кована [14], для центрального отверстия 80Н7. Заготовка - поковка с центральным прошиваемым отверстием. Обработка отверстия включает три операции: черновая токарная обработка, чистовая токарная обработка, протягивание.

Суммарное значение пространственных отклонений:

, мкм, (3.21)

мкм, мкм.

мкм.

Определяем погрешность установки:

, мкм, (3.22)

мкм, мкм.

мкм.

Определяем наименьший расчетный припуск:

, мкм, (3.23)

Определяем наименьший расчетный припуск под черновое точение:

мкм.

Определяем наименьший расчетный припуск под чистовое точение:

мкм.

Определяем наименьший расчетный припуск под протягивание:

мкм.

Определяем расчетный диаметр.

Расчетный диаметр детали ( под протягивание) 80Н7^(0,030) :

мм. (3.24)

Расчетный диаметр под чистовое точение:

мм. (3.25)

Расчетный диаметр под черновое точение:

мм. (3.26)

Расчетный диаметр отверстия в заготовке:

мм. (3.27)

Определяем минимальные предельные размеры.

Деталь протягивание 80Н7^(0,030) :

мм. (3.28)

Чистовое точение:

мм. (3.29)

Черновое точение:

мм. (3.30)

Заготовка:

мм. (3.31)

Определяем предельные значения припусков.

Для протягивания:

мм.

мм.

Для чистового точения:

мм.

мм.

Для чернового точения:

мм.

мм.

Производим проверку правильности расчётов:

, (3.32)

.

Размеры и предельные отклонения заносим в таблицу 6.

Таблица 6 - Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам

Строим схему расположения припусков. Изображена в приложении 2.

3.8 Выбор оборудования

Выбираем оборудование согласно [14], [15], [17,т.1] и сводим в таблицу 7.

Таблица 7 - Выбор оборудования

В таблицах 8 и 9 представлен режущий инстумент и средства измерения согласно [15], [17,т.2].

Таблица 8 - Выбор режущего инструмента.

Таблица 9 - Средства измерения

3.9 Расчёт режимов резания

Приведем расчет на примере технологического перехода - растачивание отверстия 79,15. Для чего выбираем по [17,т.2с.425] проходной резец с механическим креплением пластин из твердого сплава Т15К6 с углом в плане 45 градусов .

Длина рабочего хода:

, мм. (3.33)

где - длина обрабатываемой поверхности детали по чертежу 140мм;

- длина хода медленного подвода инструмента поверхности,5 мм;

- длина хода инструмента в процессе врезания.

, мм, (3.34)

Длина хода инструмента в процессе врезания при черновом точении:

1,3 мм.

Длина хода инструмента в процессе врезания при чистовом точении:

1,73 мм.

где - длина хода перебега инструмента в конце движения, 3мм.

Длина рабочего хода при черновом точении:

мм.

Длина рабочего хода при черновом точении:

мм.

Глубина резания:

, мм, (3.35)

где D, d - наибольший и наименьший диаметр заготовки, мм.

мм.

Глубина резания t для чернового и чистового проходов. t_черн = 1,3 мм, t_чист = 1 мм.

Назначаем подачу: при черновом точении принята из стандартного ряда станка: S_черн = 0,7 мм/об; при чистовом точении принята из стандартного ряда станка: S_чист = 0,3 мм/об [14].

Расчет скорости резания:

, м/мин, (3.36)

где C_V -коэффициент, скорости резания при черновом точении, 221[14];

C_V-коэффициент, скорости резания при чистовом точении, 273 [14];

x, y, m - скорости при черновом точении, x=0,15; y=0,35;m=0,20;

x, y, m - скорости при чистовом точении, x=0,15; y=0,20; m=0,20;

К_V - коэффициент, качества обработки.

К_V = К_mV К_nV К_MV К_V К_OV, (3.37)

где К_mV - коэффициент качества материала, при у_вр=750 МПа ,1;

К_nV - коэффициент, состояния поверхности при черновом точении, 0,9;

К_nV - коэффициент, состояния поверхности при чистовом точении, 1;

К_uV - коэффициент, материала режущей части, черновое точение, 1;

К_uV - коэффициент, материала режущей части, черновое точение, 1,53;

К_V - коэффициент, параметры резца при черновом точении, 1;

К_V - коэффициент, параметры резца при черновом точении, 1,13;

К_OV - коэффициент, вид обработки при растачивании , 0,9.

При черновом точении:

К_V=.

При чистовом точении:

К_V=.

Период стойкости инструмента T=60 мин.

Скорость резания при черновом точении:

85.975 м/мин.

Скорость резания при чистовом точении:

229.72 м/мин.

Определяем частоту вращения:

, об/мин, (3.38)

где: V- скорость резания, м/мин;

d - наибольший диаметр заготовки, мм.

Частота вращения при черновом точении:

367.13 об/мин.

Частота вращения при чистовом точении:

924.311 об/мин.

Принимаем частоту вращения по паспорту станка: при черновом точении n=400 об/мин, при чистовом точении n=1000 об/мин [14].

Расчет действительной скорости резания:

, м/мин, (3.39)

где: d - наибольший диаметр заготовки, мм;

n - частоту вращения, об/мин;

Действительная скорость резания при черновом точении:

93.672 м/мин.

Действительная скорость резания при чистовом точении:

=248.531 м/мин.

Главная вертикальная (тангенциальная) составляющая силы резания:

, Н, (3.40)

(3.41)

Согласно [14]: - коэффициент, учитывающий влияние механических свойств обрабатываемого материала на Р_z. равен 1; - поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества заготовки на Р_z; будет равен 1; - поправочные коэффициенты, учитывающие влияние геометрических параметров режущей части инструмента на Р_z; при черновом точении, при чистовом точении .

При черновом точении:

.

При чистовом точении

Главная вертикальная (тангенциальная) составляющая силы резания при черновом точении:

1631.4 Н.

Главная вертикальная (тангенциальная) составляющая силы резания при чистовом точении: кинематический подшипник протяжка

894.202 Н.

Радиальная составляющая силы резания:

,Н, (3.42)

, (3.43)

При черновом точении:

.

При чистовом точении .

Радиальная составляющая силы резания при черновом точении:

623.618 Н.

Радиальная составляющая силы резания при чистовом точении:

225.6 Н.

Осевая составляющая силы резания:

,Н, (3.44)

(3.45)

При черновом точении:

При чистовом точении .

Осевая составляющая силы резания при черновом точении:

503.82 Н.

Осевая составляющая силы резания при чистовом точении

204.47 Н.

Эффективная мощность резания:

, кВт, (3.46)

, (3.47)

кВт.

Эффективная мощность резания при черновом точении:

2.5 кВт.

Эффективная мощность резания при чистовом точении:

3.6 кВт.

Определяем основное время:

, мин, (3.48)

0.437 мин.

Выбор режима резания производим согласно [17,т.1], [18], [19] и заносим в таблицу 10.

Таблица 10 - Режимы резания

3.10 Техническое нормирование операций

Установим нормы времени, для чего рассчитаем штучно-калькуляционное время для каждой операции [14]. Занесем результаты в таблицу 11.

Штучно-калькуляционное время определяем по формуле:

Т_шк = _{к •} Т_о ,мин, (3.49)

где _к - коэффициент, вспомогательного и допол-нительного времени [14];

Таблица 11 - Штучно-калькуляционное время

Заполняется маршрутная карта по ГОСТ 3.1105-74.

3.11 Назначение и область применения протяжек

Протяжка -- многолезвийный инструмент с рядом последовательно выступающих одно над другим лезвий в направлении, перпендикулярном к направлению скорости главного движения, предназначенный для обработки при поступательном или вращательном главном движении лезвия и отсутствии движения подачи. Протяжки принято разделять в зависимости от формы обрабатываемых поверхностей на шпоночные, круглые, шлицевые, квадратные и т. д. Так же делятся от способа протягивания на внутренние и наружные. Протяжки бывают цельными и сборными.

Модификацией протяжного инструмента являются прошивки, которые служат для обработки отверстий, пазов и других поверхностей. В отличие от протяжки, работающей на растяжение, прошивка работает на сжатие и продольный изгиб. Чтобы прошить отверстия используют, как механические так и гидравлические прессы.

На рабочей части протяжки расположены черновые, чистовые и калибрующие зубья. Чистовые зубья имеют меньший подъем зуба, чем режущие. Режущие зубья предназначены для снятия основного припуска с обрабатываемой поверхности заготовки. Подъем на зуб Sz определяется в зависимости от типа протяжки и обрабатываемого материала. Форма режущих зубьев в сечении, проходящем через ось протяжки. Режущие кромки обычно расположены в плоскости, перпендикулярной к оси.

3.12 Расчет и конструирование протяжки

Рассчитать и сконструировать круглую протяжку для обработки цилиндрического отверстия диаметром D=80H7^(+0,030) и длиной , в заготовке звёздочки из стали 45 с _В = 700МПа (70кгс/мм²), отверстие протягивают после растачивания до диаметра D₀=79,3 H11^(+0,190) на горизонтальном протяжном станке. Патрон быстросменный автоматический по ГОСТ 16885 - 71.

Припуск предварительного диаметра отверстия после растачивания с полем допуска Н11 принимаю 0,7мм [15].

Принимаю подъём на зуб на сторону S_Z = 0,03 для обработки стали 45.

Между режущими зубьями делают несколько (2 - 4) зачищающих зубьев с постоянно убывающим подъёмом на зуб. Принимаю Z = 3 и распределяю подъём на зуб следующим образом: мм; мм; мм [21].

Площадь сечения стружечной канавки:

, мм², (3.50)

где k - коэффициент заполнения канавки, k = 3мм;

F_C - площадь сечения среза металла, снимаемого одним зубом, мм².

F_C = , мм², (3.51)

F_C = мм².

мм².

Для ближайшего большего значения мм², принимаю по рекомендациям [21]. Форма стружечной канавки - прямолинейная; шаг протяжки t = 10 мм; глубина канавки h = 3,6 мм; длина задней поверхности b = 4,0 мм; радиус закругления канавки r = 2,0 мм.

Шаг калибрующих зубьев круглых протяжек принимаю равным 0,6-0,8 шага режущих зубьев, по рекомендациям [21].

, мм, (3.52)

= 8 мм.

Для получения лучшего качества обработанной поверхности, шаг режущих зубьев протяжки делаю переменным. Принимаю изменение шага 0,2 мм. Тогда из двух смежных шагов один равен мм, а второй мм. Фаска на калибрующих зубьях увеличивается от первого зуба к последнему с 0,2 до 0,6 мм [21].

Геометрические элементы лезвия режущих и калибрующих зубьев выбираю: = 15; = 330; _k=1.

Число стружкоразделительных канавок и их размеры, при диаметре протяжки D = 80мм, принимаю: число канавок n = 36, ширина m = 1,0 - 1,2мм; глубина h_k = 0,7 - 0,8мм; радиус r = 0,3 - 0,4мм. Предельное отклонение передних углов всех зубьев 2, задних углов режущих зубьев 30, задних углов калибрующих зубьев 15.

Максимальное число одновременно работающих зубьев:

^, (3.53)

^.

Определяю диаметры режущих зубьев.

Диаметр первого зуба принимаю равным диаметру передней направляющей части:

, мм, (3.54)

мм.

Диаметр каждого последующего зуба увеличиваю на 2S_Z. На последних трех зачищающих зубьях, предшествующих калибрующим зубьям, подъём на зуб уменьшаем: мм; мм; мм [21].

Диаметр калибрующих зубьев:

(3.55)

.

Число режущих зубьев:

, (3.56)

.

Уточняю число режущих зубьев и принимаю Z_p = 12.

Число калибрующих зубьев Z_К цилиндрической протяжки для отверстия 11-го квалитета и принимаю Z_К = 6.

Длина протяжки от торца хвостовика до первого зуба:

, мм, (3.57)

где l_В - длина входа хвостовика в патрон, мм; принимаю l_В=120мм;

l_З - зазор между патронам и стенкой опорной плиты станка, 15мм;

l_С - толщина стенки опорной плиты протяжного станка, 65мм;

l_П - высота выступающей части планшайбы, 30мм;

l_Н - длина передней направляющей (с учетом зазора ),112мм;

мм.

Длину хвостовика необходимо проверить графически при вычерчивании рабочего чертежа протяжки.

Проверяем длину протяжки с учетом длины протягиваемой заготовки:

l₀ , мм, (3.58)

мм.

Принимаю l₀ = 342мм.

Принимаю конструктивные размеры хвостовой части протяжки. По ГОСТ 4044-78, [21] принимаю хвостовик типа 2 без предохранения от вращения с наклонной опорной поверхностью. d₁=70e8 мм; d₂=53c11мм; d₄=70-1=69мм; c=1,5мм; l₁=210мм; l₂=40мм; l₃=40мм; l₄=25мм; r₁=0,6мм; r₂=4,0мм; =30. Диаметр передней направляющей d₅ принимаем равным диаметру предварительного отверстия заготовки с предельным отклонением по е8: d₅ = 79,3 e8 мм [21].

Длину переходного конуса конструктивно принимаю l_К= 12мм; длину передней направляющей до первого зуба:

, мм,

мм.

Таким образом, полная длина хвостовика:

, мм,

l_D= 210+12+137= 342мм.

Диаметр задней направляющей протяжки должен быть равен диаметру протянутого отверстия с предельным отклонением по f7 [20].

Общая длина протяжки:

, мм, (3.59)

,мм, (3.60)

мм.

- длина зачищающих зубьев:

,мм, (3.61)

мм.

- длина калибрующих зубьев:

,мм, (3.62)

мм.

является длиной задней направляющей (принимается по диаметру задней направляющей D_и [20]. Этот диаметр равен наименьшему диаметру протянутого отверстия: мм, выполненому с полем допуска f7, т.е мм.

мм.

Принимаю .

Максимально допустимая главная составляющая силы резания [21,с126].

, Н, (3.63)

где С_р - коэффициент обработки стали 45 круглой протяжкой ,7000 МПа;

х - показатель степени х = 0,85;

К_y - поправочный коэффициент при = 15⁰, 1 [21,с126];

К_с - коэффициент при смазочно - охлаждающей жидкости, 1 [21];

К_и - для зубьев со стружкоразделительными канавками, 1 [21].

Н.

Обработку детали следует производить на горизонтально - протяжном станке 7Б57 с номинальным усилием протягивания 40тонн [17,т.1].

Проверяю конструкцию протяжки на прочность, рассчитываю конструкцию на разрыв во впадине первого зуба [21,с.127].

(3.64)

где F - площадь опасного сечения во впадине первого зуба;

- допустимое напряжение для материала протяжки, 350 МПа.

, мм², (3.65)

мм².

=82,007 МПа.

Напряжение в опасном сечении не превышает допустимого значения.

Рассчитываю конструкцию на разрыв для сечения хвостовика:

, мм², (3.66)

мм².

МПа.

Напряжение в опасном сечении не превышает допустимого значения.

Рассчитываем хвостовик на смятие.

Опорная площадь замка:

, мм². (3.67)

мм².

Напряжение смятия по формуле (3.64):

кгс/мм² =122,5 МПа.

Расчетное напряжение смятия не превышает допустимое значение. Для данных условий работы режущую часть протяжки изготавливают из стали Р6М5, а хвостовик из стали 40Х

Предельные отклонения основных элементов протяжки и другие технологические требования выбираем по ГОСТ 9126-76. Центровые отверстия выполняем по ГОСТ10434-74, форма В. Выполняем рабочий чертёж протяжки с указанием основных технических требований.

Заключение

Бунтоподъёмная тележка разработанной конструкции способна эффективно осуществлять функции перемещения задачи рулонов в технологическую цепочку агрегата продольной резки стали. Основными её достоинствами являются простота и надежность конструкции, высокая ремонтопригодность и взаимозаменяемость.

Самоходная бунтоподъёмная тележка оборудована индивидуальным электро-механическим приводом механизма передвижения и гидравлическим приводом подъёма стола, расположенными непосредственно на раме бунтоподъемной тележки. Конструкция механизма передвижения родственная конструкциям приводов грузовых тележек некоторых электро-мостовых кранов.

Применение цепной передачи и редуктора с большим передаточным числом позволяет добиться большого крутящего момента на валу приводного ската при небольших габаритах привода. Добиться снижения габаритов привода также позволило применение в конструкции привода глухой муфты в качестве тормозного шкива.

Замена существующего редуктора на редуктор с более прочным корпусом, замена штифтовой муфты на фланцевую муфту, применение цепной передачи большей грузоподъемности позволяют значительно повысить надёжность привода механизма передвижения по сравнению с базовым вариантом.

Расположение узлов гидропривода (гидробака, насосной установки,
блока управления) на раме самоходной бунтоподъемной тележки позволяет значительно сократить длину трубопроводов, снизить расход рабочей жидкости и нагрузку на насосную установку за счёт уменьшения утечек и общей длины трубопроводов.

Детали привода механизма передвижения (звёздочки цепной передачи и др.) достаточно технологичны. Их можно обрабатывать на типовом стандартном оборудовании стандартным режущим инструментом, используя универсальные типовые приспособления.

В разработанной конструкции привода механизма передвижения и гидропривода подъёма стола использованы стандартные узлы и изделия, которые производятся на территории Российской Федерации, что ведёт к увеличению степени стандартизации и унификации. В свою очередь повышение степени стандартизации позволяет значительно повысить ремонтопригодность бунтоподъёмной тележки.

Оборудование бунтоподъёмной тележки обеспечивает требования безопасности при монтаже, транспортировании и хранении. Расположение бунтоподъёмной тележки обеспечивает безопасную её эксплуатацию, удобство обслуживания и ремонта. Конструкция привода механизма передвижения и гидропривода подъёма стола обеспечивает безопасных доступ персонала для обслуживания при эксплуатации и безопасной замены вышедших из строя узлов и деталей оборудования. Применяемые в соответствии с характером работы средства индивидуальной защиты, обеспечивают безопасность, охрану здоровья и работоспособность работающих.

Оборудование бунтоподъёмной тележки задающего транспортёра не является источником загрязнения окружающей среды.

Список использованных источников

1. Расчеты крановых механизмов и их деталей / Г. М. Николаевский, И. О Спицына, А. Г. Меклер А.Г [ и др.]. - Москва: Машиностроение, 1971. - 496 с.

2. Чернавский, С. А. Курсовое проектирование деталей машин / С. А. Чернавский, К. Н. Боков, И. Н. Чернин. - Москва: Машиностроение, 1988. - 416 с.

3. Краузе, Г. Н. Редукторы: справочное пособие / Г. Н. Краузе, Н. Д. Кутилин, С. А. Сычко. - Москва: Машиностроение, 1972. - 144 с.

4. Биргер, И. А. Расчёт на прочность деталей машин: справочник / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б Иоселевич. - Москва: Машиностроение, 1979. - 702 с.

5. Готовцев, А. А. Проектирование цепных передач: справочник / А. А. Готовцев, И. П. Котенок. - Москва: Машиностроение, 1982. - 336 с.

6. Бейзельман, Р. Д. Подшипники качения: справочник / Р. Д. Бейзельман. - Москва: Машиностроение, 1975. - 572 с.

7. Дунаев, П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин / П. Ф. Дунаев - Москва: Высшая школа, 1978. - 352 с.

8. Поляков, В. С. Муфты: справочник / В. С. Поляков, И. Д. Барбаш, О. А. Ряховский. - Москва: Машиностроение, 1976. - 344 с.

9. Тормозные устройства: справочник / М. П. Александров, А. Г. Лысяков, Федосеев В. Н. [ и др.]. - Москва: Машиностроение, 1985. - 312 с.

10. Чекмарёв, А. А. Справочник по машиностроительному черчению / А. А. Чекмарев, В. К. Осипов. - Москва: Высшая школа, 2001. - 493с.

11. Свешников, В. К. Станочные гидроприводы: справочник / В. К. Свешников. - Москва: Машиностроение, 1988. - 512с.

12. Башта Т. М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика: учебник для вузов / Т. М. Башта. - Москва: Машиностроение, 1972. - 320с.

13. Колпаков, В. Н. Гидропневмопривод и гидропневмоавтоматика станочного оборудования: методические указания к выполнению курсовой работы / В. Н. Колпаков. - Вологда: ВоГТУ, 1999. - 56с.

14. Горбацевич, А. Ф. Курсовое проектирование по технологии машиностроения: учебное пособие для машиностроительных специальных вузов / А. Ф. Горбацевич, В.А. Шкред. - Минск: Высшая школа, 1983. - 256 с.

15. Обработка металлов резанием: справочник технолога / А. А. Панов, В. В.Аникин и др.]. - Москва: Машиностроение. 1988. -736 с.

16. Белоусов, А. П. Проектирование станочных приспособлений: учебное пособие / А. П. Белоусов. - Москва: Высшая школа, 1974. - 263 с.

17. Справочник технолога-машиностроителя / В. Б. Борисов, В. Н. Борисов [ и др.]. - Москва: Машиностроение, 1985. - 1152 с.

18. Аршинов, В. А. Резание металла и режущий инструмент / В. А. Аршинов, Г. А. Алексеев. - Москва: Машиностроение, 1975. - 440 с.

19. Режимы резания металлов: справочник / Ю. В Барановский, Л. А. Брахман [ и др.]. - Москва: Машиностроение, 1972. - 952 с.

20. Алексеев, Г. А. Конструирование инструмента / Г. А. Алексеев, В. А. Аршинов, Р. М. Кричевская. - Москва: Машиностроение,1079.- 384 с.

21. Щеголев, А. В. Конструирование протяжек / А. В. Щеголев. - Ленинград: Машгиз, 1960. - 352 с.