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
Анализ вариантов, выбор и обоснование конструкции агрегата и режимов его работы
1.Опускающийся упор с пневмоприводом (Рис.1) .
Подъем упорного щита осуществляется рычажной системой с пневматическим приводом, скорость подъема щита 0,2 м/с, давление воздуха 0,4-0,6 МПа. Для остановки металла используются пружинные амортизаторы. Максимальная кинетическая энергия останавливаемого металла 10 КДж. Масса упора 12т.
Принцип работы:
Упорный щит поднимается при помощи пневмоцилиндра соединенного с плитой через рычажную систему. При открытии клапана пневмоцилиндра , плунжер опускается и толкает рычаг вниз, противоположная часть рычага поднимает плиту в рабочее положение.
Преимущества:
- простота конструкции;
- не требуется гидроаккумулирующая станция;
- возможность подключения агрегата к магистрали со сжатым воздухом;
- бесшумность;
Недостатки:
- большое количество шарнирных соединений;
- нерегулируемый буфер;
- недостаточная энергопоглащаемость удара;
- нагрев пневмоцилиндра при его расположении под рольгангом
2. Опускающийся упор с пневмоприводом вынесенным за пределы агрегата (Рис. 2).
Подъем упорного щита осуществляется рычажной системой с пневматическим приводом через промежуточный вал, скорость подъема щита 0,2 м/с, давление воздуха 0,4-0,6 МПа. Для остановки металла используются пружинные амортизаторы. Максимальная кинетическая энергия останавливаемого металла 30 КДж. Масса упора 24т.
Принцип работы:
Упорный щит поднимается при помощи пневмоцилиндра соединенного с рычажной системой через промежуточный вал. При открытии клапана пневмоцилиндра , плунжер опускается и толкает рычаг вперед, рычаг поворачивает вал на который насажен второй рычаг соединенный с плитой и поднимает щит .
Преимущества:
- простота конструкции;
- не требуется гидроаккумулирующая станция;
- возможность подключения агрегата к магистрали со сжатым воздухом;
- бесшумность;
- исключена возможность нагрева пневмоцилиндра от металла проходящего над упором.
Недостатки:
- большое количество шарнирных соединений;
- наличие промежуточного вала;
- нерегулируемый буфер;
- недостаточная энергопоглащаемость удара;
- нагрев пневмоцилиндра при его расположении под рольгангом
- громоздкость
3. Опускающийся упор с электроприводом (Рис. 3).
Подъем упорного щита осуществляется рычагом который насажен на вал червячной передачи. Скорость передвижения плиты 0,05 м/с, при массе сляба 13,5т. Для амортизации удара металла о плиту используются пружинные амортизаторы.
Принцип работы:
Подъем упорного щита происходит при помощи рычажной и кривошипной передач, которые поворачиваются и соединены с тихоходным валом червячного редуктора при помощи муфты. При повороте коленчатого вала рычаги находящиеся на валу будут качаться и одновременно с этим плита будет подниматься или опускаться.
Недостатки:
- медленный подъем плиты;
- возникающий при работе шум;
- возможность частых поломок, т.к. очень много деталей в агрегате;
Рис.1Опускающийся упор с пневмоприводом.
1- Рычажная система
2-Пневматический привод
3-Зонт
4-Упорный щит
5-Пакет пружинный
Рис 2. Опускающийся упор с пневмоприводом вынесенным за пределы агрегата.
1- Рычажная система
2-Пневматический привод
3-Зонт
4-Узел рычага
5-Пакет пружинный
6-Промежуточный вал с муфтами
7-Щит
8-Кожух
9-Корпус
10-Щиток съемный
Рис 3. Опускающийся упор с электроприводом.
3,4 – спаренные пружины
5 – литая рама
6,7 – балки
9 – двигатель
10 – червячный редуктор
11,12 – рычажная система
Описание основных конструкционных и технических параметров агрегата и принципа его работы
Конструкция упора остается как в прототипе 1 за исключением следующих составляющих:
- помимо пружинных используются и гидравлические буферы;
- энергопоглащаемость буферов увеличена до 32 кДж;
- для подъема упорной плиты используется 5 пневмоцилиндров расположенные непосредственно под ней;
Подъем упорного щита осуществляется пневматическим приводом (1), состоящим из 5 пневмоцилиндров расположенных под плитой (3), скорость подъема щита 2 м/с, давление воздуха 0,4-0,6 МПа. Для остановки металла используются пружинные амортизаторы и гидравлические демпферы (4). Максимальная кинетическая энергия останавливаемого металла 32 КДж, т.е. масса металла останавливаемая упором может достигать 26т при скорости его передвижения 0,5 м/с.
Принцип работы:
Упорный щит (3) поднимается при помощи пневмоцилиндров (1) подсоединенных к магистрали с сжатым воздухом. При открытии клапана пневмоцилиндров , плунжеры поднимаются и толкают плиту вверх, приводя упор в рабочее положение. Плита соединена с пневмоприводом с помощью шарнира (5), что позволяет ей отклоняться при ударе.
Кинетическая энергия металла поглощается шестью пружинными амортизаторами (4) и двумя гидравлическими демпферами (4) равна 32кДж. При ударе металла об щит (1) он отклоняется максимум на 140 мм, при этом усилие в пружинах возрастает. За счет накопленной энергии металл перемещается обратно на 140 мм (на ту же величину на которые он сжал пружинные буферы).
В момент рабочего хода поршень гидравлического буфера (4) перемещается и вытесняет жидкость (стеол из полости цилиндра прямого хода) через узкое отверстие, за счет этого гасится энергия удара и раскат не отбрасывается назад более, чем на величину сжатия буферов.
Преимущества:
- малое количество шарнирных соединений;
- простота конструкции;
- не требуется гидроаккумулирующая станция;
- возможность подключения агрегата к магистрали со сжатым воздухом;
- бесшумность;
Табл. 1. Конструкционно-технические характеристики агрегата
|
№ |
Параметр |
Величина |
Единицы измерения |
|
Плита |
|||
|
1 |
Толщина плиты |
50 |
мм |
|
2 |
Ширина плиты |
2500 |
мм |
|
3 |
Высота плиты |
2000 |
мм |
|
4 |
Масса плиты |
||
|
Пневмопривод |
|||
|
5 |
Кол-во пневмоцилиндров |
5 |
|
|
6 |
Диаметр плунжера |
200 |
мм |
Эскизная и конструкционная разработка одного из узлов
агрегата
5
5
Рис. 4 Опускающийся упор с пневмоприводом.
1-Пневматический привод
2-Зонт
3-Упорный щит
4-Пакет пружинный + гидравлические демпферы
5-Шарнир
Расчет на прочность основных элементов конструкции выбранного узла агрегата
Упорный щит
Упорный щит представляет из себя стальную плиту. Размеры плиты зависят от размеров изделия. В нашем случае ширина плиты равна 2500мм, толщина 50мм, длина 2000мм.
Масса плиты:
Gпл=Vплρ= 2,520,057,85=2т
Vпл – объем плиты, м3
ρ – плотность стали, т/м3
Расчет пружин
V0=0,5 м/с – максимальная скорость перемещения подвижного конца пружины при нагружении.
h=140мм – рабочий ход пружины.
D=90мм – наружный диаметр пружины.
N=1107 – выносливость пружины (число циклов сжатия до разрушения).
Pобщ=25,6кН – сила удара металла об щит.
Принимаем, что на упор установлены 4 пакета пружин, тогда
P1=0,4267кН – сила пружины при предварительной деформации.
P2=4,267кН – сила сжатия одной пружины.
P3= = = 4,4925,683кН= 457,9 579,92 кгс
Где δ=0,050,25 – относительный инерционный зазор пружины сжатия;
Р3 – сила пружины при максимальной деформации;
Т.к. Р3 больше, чем максимальное предусмотреное ГОСТом необходимо увеличить количество пакетов до 6, тогда
P1=32,7кгс
P2=327кгс
P3= = = 344,2436кгс
Р3ср =390кгс
Исходя из данной силы пружины при максимальной деформации принимаем предварительно пружину сжатия 2 класса, 3 разряда по ГОСТ 13772-68.
Номер пружины 183;
Р3=400кгс;
D=90мм – наружный диаметр пружины;
d=10мм – диаметр проволоки;
z1=19,53кгс/мм – жесткость одного витка;
f3=20,48мм – наибольший прогиб одного витка;
τ3=96кгс/мм2 – максимальное касательное напряжение при кручении;
Принадлежность к 2 классу проверяем путем отношения V0/ Vкр, для чего предварительно находим критическую скорость:
Vкр= = = 4,894м/с
V0/ Vкр1; 0,5/4,894=0,1021
Полученная величина свидетельствует об отсутствии соударения витков и следовательно, выбранная пружина удовлетворяет заданным условиям.
Определим жесткость пружины
z = = =2,1кгс/мм
Число рабочих витков
n= = = 9,299,5
Рассчитаем уточненную жесткость пружины
z= = =2,0562,1кгс/мм
При полутора нерабочих витках полное число витков
n1=n+n2=9,5+1,5=11
Где n2 – число опорных витков
Определим средний диаметр пружины
D0=D – d= 90 – 10 =80мм
Вычислим деформации, высоты и шаг пружины
F1= = =15,572мм – предварительная деформация
F2= = =155,72мм – рабочая деформация
F3= = =190,476мм – максимальная деформация
Н3=(n1+1 – n3)d==(11+1 –1,5)10=105мм – высота пружины при максимальной деформации
Н0=Н3+F3= 105+190,5=295,5мм – высота пружины в свободном состоянии
Н1=Н0 – F1=295,5 – 15,5=280мм – высота пружины при предварительной деформации
Н2=Н0 – F2= 295,5 – 155,72= 139,78мм 140мм – высота пружины при рабочей деформации
t=f3+d=20,48+10=30,48мм – шаг пружины
Масса пружины
Q19,2510-6D0d2 n1=19,2510-69010011=1,9кг
Расчет пневмопривода
Масса которую необходимо поднять с помощью пневмопривода m=2000кг, для ее подъема используем n=4 пневмоцилиндра, ход плунжера S=250мм.
Определим силу которую необходимо преодолеть 1 пневмоцилиндру
Pm= = = 4905кгс
По конструктивным соображениям сечение трубопровода ограничиваем значением f=70810-6м2=2”.
Давление в системе с сжатым воздухом рм=0,6МПа.
Принимаем коэффициент расхода линии на входе μ=0,3.
Определим эффективную площадь трубы
fmaxэ= μf=70810-60,3=212,410-6м2
Рассчитаем коэффициент а1
а1=[(K’ pm)/P](m/PS)1/2=0,573106м-2
Umax= а1 fmaxэ=0,573106212,410-6=121,71
Принимая = 0 по графику оптимальных соотношений, устанавливаем, что U=33; js(min)=0,8; 1/χ=6,8;
a2= = = 120
Определим площадь плунжера
F=(1/χ)/a2=5,6710-2 м2
Отсюда диаметр плунжера
D= = =0,268676м
Найдем время срабатывания пневмоцилиндра:
(ts)min=js/a3=js/(ms/p)1/2=0,8(5000,25/5000)1/2=0,1265c
Определим объем вредного пространства тормозной полости по графику:
1/χ=6,8; ξ0в=0,4; U=33
Рассчитаем скорость срабатывания пневмоцилиндра:
υ=S/t=0,25/0,1265=1,97м/с
По ГОСТ 15608 – 70 принимаем диаметр плунжера D=200мм и увеличиваем количество пневмоцилиндров до пяти n=5.
Определим толщину стенки пневмоцилиндра:
δ= = =0,002м=2мм
p – давление воздуха в пневмосистеме, p=[0,4 – 0,6] МПа;
n – запас прочности, n=5;
[σ] – предел прочности материала стенки пневмоцилиндра, [σ]=150МПа
Для уменьшения опасности разрыва стенки пневмоцилиндра увеличиваем толщину стенки до 5мм.
Рассчитаем толщину днища пневмоцилиндра:
Толщину днища можно определить по формуле для расчета круглых пластин, нагруженных равномерным распределенным давлением
σp max=R2 ,
отсюда
δ=0,433d = 0,433 = 5,5мм
где d – внутренний диаметр пневмоцилиндра, мм
Увеличим толщину днища до 6мм для увеличения прочности пневмоцилиндра.
Рассчитаем шток на прочность
Предположим что диаметр штока равен 20мм, тогда условие применимости данной методиуи будет иметь вид:
Х=505d2 = 50522 =31,94смl1=350мм
Где Р=400кг =4000Н – действующая осевая нагрузка;
d=20мм – диаметр штока;
Принимаем расстояние от головки штока до точки А (Рис.
l1=350мм;
l2=300мм;
l=650мм – длина пневмоцилиндра в рабочем положении;
Начальный прогиб штока
δнач= + cosα
α=900 – угол между осью цилиндра и горизонтальной плоскостью
Принимаем зазор на диаметр в направляющих штока Δ1=0,0268см и зазор на диаметр между поршнем и цилиндром Δ2=0,0313см.
Принимаем, что расстояние от передней направляющей до конца плунжера в рабочем положении а=8см.
δнач= =0,05865см= 0,587мм
Наибольший прогиб
δ=
K1= , где I – момент инерции сечения штока,
Е=2,15105МПа – модуль Юнга
I= = = 0,0098м – момент инерции сечения штока
K1= = 0,001378
t1=tgK1l1=0,04823
δ= =0,061см=0,61мм
Напряжение возникающее в штоке
σ= , МПа
W=0,2d3=0,2203=1600мм3 – момент сопротивления изгибу штока
F= = = 314мм2 – площадь поперечного сечения штока
σ= = 14,264МПа
Определим запас прочности штока
n=
σb=750МПа – предел прочности материала из которого изготовлен шток
n= = 52,58
Рассчитаем проушину на прочность
Проушина нагружена по схеме (б):
При нагружении проушины давление не распределяется равномерно по диаметру, а приложено в двух точках. Нагружение по этой схеме отражает наличие зазора в проушине. В этом случае проушину проушину следует рассчитывать как кривой стержень:
Изгибающий момент в сечении В-В,
Мв= , Нм,
При α=70о; Мв164PR0
Где R0 – радиус оси кольца проушины