Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ
ЛОГУШ ІВАН ВОЛОДИМИРОВИЧ
УДК 621.822.64
ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВИГОТОВЛЕННЯ СТРІЧОК З ЗУБЧАСТИХ ГУМОВО-КОРДОВИХ РУЛОННИХ ЗАГОТОВОК
05.02.08 –технологія машинобудування
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Тернопіль –
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Бережанському агротехнічному інституті Національного аграрного університету Кабінету Міністрів України
|
Науковий керівник |
доктор технічних наук, професор Гевко Богдан Матвійович, Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, завідувач кафедри “Технологія машинобудування”, заслужений винахідник України. |
|
Офіційні опоненти: |
доктор технічних наук, професор Марчук Віктор Іванович, Луцький державний технічний університет, завідувач кафедри “Приладобудування”; кандидат технічних наук, доцент Рублюк Ольга Валеріївна, Івано-Франківський національний університет нафти і газу, доцент кафедри “Технологія нафтогазового машинобудування”. |
|
Провідна установа |
Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, кафедра “Технологія машинобудування”, Міністерство освіти і науки України, м. Київ. |
Захист відбудеться “4” липня 2006 р. о 11 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К58.052.03 Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.
З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.
Автореферат розісланий “__”__________2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради к.т.н., доц. Данильченко Л.М.
Актуальність теми. Створення нових типів машин і механізмів транспортно-технологічних систем сприяє подальшому розвитку народного господарства та розширенню їх номенклатури, підвищенню продуктивності праці за рахунок досягнення науково-технічного прогресу.
Широкого застосування в приводах машин замість ланцюгових передач в стрічкових і пруткових транспортерах набули конвеєрні стрічки (КС) з відкритими трапецієподібними виступами для зачеплення з відповідними шліцевими виступами на приводних валах, що забезпечує передачу обертового руху без пробуксовування та перекосів. До їх переваг належать безшумність роботи та зменшення пошкодження коренеплодів в процесі транспортування. Промисловість Німеччини експортує такі гумово-бавовняні конвеєрні стрічки в рулонах шириною 0,9 м і довжиною 50 м у різні країни світу, в тому числі і в Україну. Для одночасного розрізання рулонів на смуги певної ширини з можливістю її регулювання виникла проблема у створенні відповідного устаткування з блоками різальних інструментів і механізмами регулювання відстані між ними.
У машинобудуванні широко використовуються конвеєрні стрічки з тканинним чи металічним кордом, пластмасові, шкіряні тощо. Проблемі їх розрізання присвячені роботи багатьох авторів, але питання проектування технологічних процесів, устаткування і різальних систем багаторядного розрізання на даний час в повній мірі не вирішено.
Лише в одному бурякозбиральному комплексі машин КС-6 і БМ-6 –використовують відповідно два і чотири транспортери різного функціонального призначення з конвеєрними стрічками відповідних розмірів замість ланцюгових передач (рис. 1).
У зв’язку з цим розроблення технологічного процесу розрізання конвеєрної стрічки на смуги з рулонів і конструкції устаткування з блоками різальних інструментів є актуальною задачею для машинобудівних підприємств України.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами.
Розроблення технологічного процесу розрізання конвеєрної стрічки на смуги і конструкції устаткування з блоками різальних інструментів проведено відповідно до тематики Бережанського агротехнічного інституту Національного аграрного університету і ВАТ “Тернопільський комбайновий завод”і є частиною загальної тематики “Розробка і дослідження ресурсо- та енергозберігаючих технологій в галузі сільськогосподарського машинобудування (2002-2006 рр.)”(№ державної реєстрації 0102U002299), а також координаційного плану Комітету з питань науки і техніки та Міністерства освіти і науки України з розділів “Машинобудування”(поз. 43) “Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні”на 2002-2006 роки, затвердженого Кабінетом Міністрів України.
Мета і задачі дослідження. Мета роботи –розроблення науково-практичних рекомендацій та технологічного оснащення для високопродуктивних технологій розрізання конвеєрної стрічки з рулонів на смуги.
Для досягнення мети в роботі поставлено наступні задачі:
- проаналізувати відомі технологічні процеси розрізання конвеєрної стрічки на смуги, обладнання і оснащення для їх реалізації та на цій основі удосконалити їх шляхом розроблення високопродуктивного технологічного оснащення з різальними інструментальними системами на основі нових схем захоплення конвеєрної стрічки з трапецієподібними виступами відповідного профілю подаючими роликами та відповідних схем розкрою рулонних заготовок;
- теоретично обґрунтувати параметри технологічних процесів розрізання конвеєрної стрічки блоками різальних інструментів та конструктивні параметри технологічного оснащення;
- на основі теорії розмірних ланцюгів розробити розмірний аналіз вузла дискових різальних елементів з визначенням проміжних і замикальної ланок та величини їх допусків;
- розробити математичну модель процесу різання конвеєрної стрічки дисковими ножами з визначенням силових параметрів технологічних процесів і конструктивних параметрів, технологічного оснащення;
- вивести регресійні залежності для визначення сили різання конвеєрних стрічок від конструктивних і технологічних параметрів ;
- теоретично обґрунтувати параметри привідних і подаючих механізмів установки для розрізання конвеєрної стрічки з визначенням силових і конструктивних параметрів;
- спроектувати та виготовити установку для розрізання конвеєрної стрічки блоками різальних інструментів з можливістю регулювання ширини смуг;
- спроектувати та виготовити механізм приводу установки та стенд для його дослідження з використанням порошкових гальм ПТ-20 і ПТ-40;
- провести комплекс експериментальних досліджень і виробити практичні рекомендації щодо вибору прогресивних режимів різання, оснащення та різальних інструментів для розрізання конвеєрної стрічки на смуги;
- розробити інженерну методику проектування запропонованих технологічних процесів.
Об’єкт дослідження – прогресивні технологічні процеси розрізання конвеєрної стрічки на смуги.
Предмет дослідження –технологічне оснащення для розрізання конвеєрної стрічки на смуги необхідних розмірів.
Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведено з використанням фундаментальних засад технології машинобудування, теорій розмірних ланцюгів, інформатики, теорії пружності та пластичного деформування, теоретичної механіки, інженерної творчості і вибору раціональних технічних рішень. Апробація розроблених алгоритмів, програм і методик проводилась методом комп’ютерного моделювання. Результати експериментальних досліджень одержано за допомогою спеціально розробленого оснащення та різальних систем з використанням сучасних засобів, тензометричних методів вимірювань. Статистичне оброблення експериментальних даних проводилась з використанням прикладних програм для ПЕОМ.
Наукова новизна отриманих результатів:
На основі теоретичних досліджень вперше:
- теоретично обґрунтовано параметри технологічних процесів різання конвеєрної стрічки блоками різальних інструментів та конструктивні параметри технологічного оснащення;
- розроблено розмірний ланцюг вузла різальних інструментів з визначенням проміжних і замикальної ланок та величини їх допусків;
- розроблено математичну модель процесу різання конвеєрної стрічки дисковими ножами з визначенням силових і конструктивних параметрів технологічного процесу і технологічного оснащення;
- виведені регресійні залежності для визначення сили різання конвеєрних стрічок від параметрів процесу;
- теоретично обґрунтовано параметри привідних і подаючих механізмів установки для розрізання конвеєрної стрічки.
Практичне значення отриманих результатів:
Розроблено високопродуктивний технологічний процес розрізання конвеєрної стрічки на смуги заданих розмірів з рулонів, виготовлено та впроваджено установки, блоки різальних інструментів, привідні механізми та стенд для дослідження оптимальних силових та конструктивних параметрів.
Розроблено методику технологічного розкрою рулонної заготовки на смуги для пруткових транспортерів бурякозбиральних комплексів, а також методику розрахунку високомодульної зубчато-шліцевої передачі з модулем m=16 при подачі конвеєрної стрічки в зону різання, яка може бути використана при проектування пруткових, стрічкових, ковшових, скребкових транспортерів та інших механізмів. Розроблено конструкцію заточного верстату для заточування дискових інструментів.
Отримані результати впроваджено на ВАТ "Тернопільський комбайновий завод", а також в навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр за спеціальністю 7.091902 "Механізація сільського господарства" та використовуються для викладання дисциплін: “Технологія сільськогосподарського машинобудування”, “Деталі машин”, “Піднімально-транспортні машини”, “Сільськогосподарські машини” в Бережанському агротехнічному інституті Національного аграрного університету. Технічна новизна розробок захищена чотирма деклараційними патентами України на винаходи.
Особистий внесок здобувача.
Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконані автором самостійно. У працях, опублікованих у співавторстві [4, 5, 6, 7, 8, 9], здобувачем виведено аналітичні залежності для розрахунку режимів різання процесів розрізання конвеєрної стрічки на смуги, конструктивних параметрів установки та різальних систем для виконання цього технологічного процесу. Здобувачем також запропоновано основні елементи конструкції установки, подаючих механізмів і різальних систем [10, 11, 12, 13].
Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались і обговорювались на науково-технічних семінарах і наукових конференціях: Бережанського агротехнічного інституту і Національного аграрного університету; Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино та приладобудуванні”(2001-2006 рр.); Міжнародних науково-практичних конференціях: “Проблеми землеробської механіки” у Харківському Національному технічному університеті сільського господарства імені П.М. Василенка (2003); Національному аграрному університеті (2005); Луцькому державному технічному університеті (2006) і Національному технічному університеті “Київський політехнічний інститут”(2006).
Публікації. Основні положення та результати дисертації опубліковано в 18 статтях (5 одноосібних) у наукових журналах і збірниках наукових праць, з них 11 у фахових виданнях, 3 - в матеріалах Міжнародної науково-технічної конференції, 4 деклараційних патентах України на винаходи.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації 183 сторінок, в тому числі 65 рисунків, 8 таблиць, список використаних літературних джерел з 141 найменувань та 5 додатків на 46 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації – 136 сторінок.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформовано мету, об’єкт, предмет досліджень та задачі, які розв’язуються в роботі. Окреслено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію щодо апробації, структури та обсягу роботи.
В першому розділі на підставі аналізу літературних джерел встановлено, що існуючі конструкції установок і різальних інструментів для розрізання конвеєрної стрічки не забезпечують необхідної продуктивності та якості виконання технологічного процесу.
Питаннями розрізання конвеєрних стрічок, автотракторних шин і пластмасових деталей присвячені роботи Архипова Н.Н., Еарпачева П.С., Мазізеля М.М, Плевако Н.А., Лєпєтова В.А., Юрцева Л.Н., Петрини Ю.Д., Рублюк О.В., Ананьєва Н.В., Махлеса Ф.Л., Матвійчука А.В., Камишанова В.В., Михайлишина В.І., Гнатьо М.В. та багатьох інших.
Досліджено характерні конструктивні особливості, технічні вимоги й норми точності установок для розрізання конвеєрної стрічки, технологічні процеси їх виготовлення та перспективи розвитку.
Аналіз існуючих установок для розрізання конвеєрної стрічки висвітлив ряд їх недоліків: мала продуктивність праці, недосконалість технологічних засобів розрізання і обмежені технологічні можливості.
У другому розділі проведено розрахунок процесу різання КС декількома парами дискових ножів. Верхні та нижні ножі обертаються від приводу в різні боки за напрямком захоплення стрічки і подачі в зону різання з однаковими кутовими швидкостями (рис. 2, 3).
|
а) |
б) |
Рис. 1. Конвеєрна стрічка:
а) рулонна заготовка; б) загальний вигляд
|
Рис. 2 Технологічна схема розрізання КС з привідним нижнім валом: , 2 –відповідно верхній і нижній дискові ножі; 3 –шліцевий привідний валок; 4 –конвеєрна стрічка; |
Рис. 3 Розрахункова схема дії сил для розрізання конвеєрної стрічки на смуги: - конвеєрна стрічка; 2 –дисковий ніж; |
Особливістю дискових ножів є те, що одночасному різанню піддається вся товщина матеріалу, яка є постійною величиною для заданого кута захоплення і товщини стрічки.
Технологічне зусилля різання дисковими ножами залежить від площі зрізу та сили опору матеріалу різання. Його можна визначити за схемою процесу різання, яку наведено на рис. 4. Розрізуваний матеріал дотикається з дисковими ножами по дугах NK і КC. Площа зрізу F дорівнює сумі площ фігур NKH і CKG.
Рис. 4. Розрахункова схема для визначення зусилля різання дисковими ножами
Визначено силу різання:
,(1)
де - опір матеріалу різання, Па; S –товщина стрічки, м; - кут прикладання рівнодійної; D –діаметр диска, м.
Однак на практиці умови різання можуть змінюватися внаслідок затуплення різальних кромок ножів, зміни величини зазору між ними, нерівності поверхні стрічки. Дійсне зусилля зрізу може збільшуватися на 20-30%. Тому для вибору і розрахунку ножів використано залежність:
, (2)
де k –коефіцієнт, який враховує вплив зазначених факторів на процес різання у виробничих умовах; =1,2-1,3.
Точка прикладання рівнодіючого зусилля різання зі сторони дискових ножів співпадає з центром ваги фігури NKCAM.
Момент від сили різання для кожного диска дорівнює:
, (3)
де l –плече прикладання сили Рр відносно осі диска, м.
Оскільки на верхній і нижній вали діють одинакові крутні моменти, то розрахунок проведено для одного із них. Розглянемо верхній вал (рис.3).
Сила різання Рр, що виникає під час різання стрічки 1 дисковими ножами 2, розкладається на радіальну складову силу Рr1, направлену до центра вала 3, і на тангенційну складову силу Рt1, направлену по дотичній до різального ребра ножа, які можна визначити за залежностями:
(4)
Кут захоплення конвеєрної стрічки ножами визначено за залежністю:
, (5)
де а –величина перекриття ножів, м.
При дії складової сили Рр на різальну кромку ножа із кутом загострення в виникає осьова сила Ра1, направлена паралельно осі обертання ножа, яка визначається за формулою:
. (6)
Внаслідок цього виникає згинний момент М, що діє на ніж та вал установки:
. (7)
Розрахунок проведено за умови забезпечення міцності при дії максимального згинного та крутного моментів у небезпечному перерізі.
Під час передачі крутного моменту на вал в зубчастому зачепленні на колесі виникають складові зусилля: Рr –радіальна складова сили передачі, Рt –тангенційна складова сили передачі, значення яких можна визначити за наступними залежностями:
(8)
де т –кількість пар ножів; б –кут зачеплення евольвентної зубчастої передачі, .
У загальному вигляді рівняння деформації осі вала записується у вигляді:
, (9)
де і - відповідно згинний момент та поперечна сила на - му ножі;
- відповідно модуль Юнга та момент інерції перерізу –(параметри жорсткості вала); і - відповідно початкове зміщення та кут повороту вала; - координати точки встановлення відповідного дискового ножа; - кількість ножів на валу; -біжуча координата (); - довжина вала між опорами, м.
У формулі (9) доданок з індексом враховується лише при .
Аналогічно кут повороту відповідного перерізу визначено за формулою:
. (10)
На рис. 5 представлено розрахункову схему розмірного ланцюга технологічного процесу розрізання конвеєрної стрічки на смуги блоками різальних дискових ножів.
Рівняння номінальних розмірів для визначення мінімальної та максимальної величин замикальної ланки:
|
(11) |
|
Рис. 5. Розмірний ланцюг технологічного процесу розрізання конвеєрної стрічки парами дискових ножів:
1-нижній привідний вал; 2-дискові ножі нижнього привідного вала; 3-конвеєрна стрічка; 4-верхній привідний вал; 5-дискові різальні ножі верхнього привідного вала
Визначено допуск замикальної ланки :
–для ланцюга А:
; (12)
–для ланцюга Б:
(13)
У цьому ж розділі запропоновано 12 різних технологічних схем процесів розрізання рулонів конвеєрної стрічки парами дискових ножів на смуги шириною 50-60 мм для пруткових транспортерів, 300-600 мм –для стрічкових та інших типів конвеєрів з подаючими шліцевими валами для різних типів виробництв.
В третьому розділі наведено програму й методику експериментальних досліджень процесу розрізання конвеєрної стрічки на смуги та відпрацювання установки на технологічність конструкції.
Установка для розрізання конвеєрної стрічки на смуги (рис. 6) складається з рами 3, на якій встановлено основні вузли та механізми: електродвигун 2, пульт керування 4, нижній 5 і верхній 6 привідні вали ножових блоків 8, з паралельними осями, а кути загострення різальних ребер розміщені всередині блоків.
Рис. 6. Загальний вигляд установки для розрізання конвеєрної стрічки з п’ятьма ножовими блоками:
1-станина; 2-електродвигун; 3-рама; 4-пульт керування; 5, 6-відповідно нижній і верхній привідні вали; 7-подаючий шліцевий вал; 8-дискові ножові блоки;
-розпірно-регулювальні втулки; 10-притискний вал; 11-відкидний кронштейн;
-конвеєрна стрічка.
Між дисковими ножами встановлено регулювальні втулки 9, причому дискові ножі встановлено на нижньому і верхньому привідних валах навпроти розпірно-регулювальних втулок співвісного вала з можливістю обертання за напрямком захоплення і подачі конвеєрної стрічки 12 в зону різання. Зовнішні діаметри регулювальних втулок менші від зовнішніх діаметрів дискових ножів на величину вільного проходження конвеєрної стрічки (рис. 7).
Механізм подачі конвеєрної стрічки в зону різання зображено на рис. 8. Подаючий шліцевий ролик 7 цього механізму встановлено за ходом подачі конвеєрної стрічки 12 перед нижнім привідним валом з можливістю горизонтальної її подачі в зону різання. Поперечний профіль і розміри подаючого ролика визначено профілем і розмірами відкритих пазів. Перед ножовими блоками 8 за ходом подачі стрічки встановлено притискний вал 10 з відкидним кронштейном 11.
Установка працює таким чином. Конвеєрна стрічка з рулона подається на стіл установки і захоплюється шліцевими виступами привідного вала 7. Рулон з намотаною конвеєрною стрічкою 12 встановлюється на осі козлової підставки перед установкою. Вільний її кінець встановлюють в міжвалковий простір між верхнім 6 приводним валком і нижнім подаючим шліцевим валом 7 таким чином, щоб його шліци входили в зачеплення з шліцами конвеєрної стрічки 12. Після цього вмикають установку для здійснення процесу різання. Ширина смуг визначається довжиною регулювальних втулок.
Технічна характеристика установки: електродвигун А (АОЛ) 02-22-4, потужністю 1,5 кВт, кількість обертів – об/хв; ножі різальні 105 мм, матеріал сталь У8А, НRC 60-65 од, кут заточування ножа при вершині 20; швидкість різання 0,2 м/с; подача 12,54 м/хв.
Рис. 7. Ножовий блок для розрізання конвеєрної стрічки:
1-вал; 2-дисковий ніж; 3-конвеєрна стрічка; 4-притискна рейка
Експериментальні дослідження проводились у дві серії, в першій з них змінювали технологічні параметри: швидкість різання V=5-20 м/хв, подачу S=300-950 мм/хв, глибину різання t=5-25 мм. В другій серії змінювали конструктивні параметри різальних елементів, зовнішній діаметр ножів D=100-300 мм і кут їх загострення =15-30. Розглянуто питання вибору граничної швидкості різання конвеєрної стрічки, стійкості ножових блоків; уточнено їх конструктивні параметри.
Для проведення досліджень запобіжних елементів приводів установок для розрізання конвеєрної стрічки спроектовано та виготовлено спеціальний стенд з порошковими гальмами моделі ПТ-20 і ПТ-40 та розроблено методику дослідження цих приводів.
|
Рис. 8. Конструкція зубчасто-шліцевої передачі для подачі конвеєрної стрічки в зону різання: 1 –привід; 2 –подаючий шліцевий вал; 3 –дискові ножі; 4 –притискний ролик |
У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень розрізання конвеєрної стрічки на смуги. Розроблено 3 схеми розкрою рулона конвеєрної стрічки шириною 0,9 м на смуги для пруткових транспортерів коренезбиральних машин КС-6Б і БМ-6Б з величиною відходів 2,32-5,88 %.
В результаті проведених експериментальних досліджень встановлено залежності сили різання від подачі, швидкості різання, товщини матеріалу, діаметра ножів (рис. 9-12) і конструктивних параметрів різальних елементів.
Графіки 9-12 доводять, що із збільшенням швидкості різання сила різання зменшується, а із збільшенням товщини матеріалу, подачі та діаметру ножів –збільшується.
Розглянуто питання вибору граничної швидкості різання без налипання гуми, що призводить до значного збільшення сили різання, задимлення та забруднення навколишнього середовища.
Діапазон швидкостей встановлено експериментально за умови відсутності пробуксовування ножів під час подачі стрічки в зону різання і за умови, що в процесі різання температура нагріву інструмента не перевищує допустимої (150-180С). Крім цього, швидкість обертання різальних ножів і шліцевого подаючого вала повинні бути узгоджені.
S, ec/ee
3 - t=20ec
0
Рис.9. Графік залежності сили різання від подачі (0=50 МПа)
2 - t=10ec
3 - t=20ec
0