Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Конструкторско-технологическая подготовка модернизации механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

Конструкторско-технологическая подготовка модернизации механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

Проектирование привода механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки. Разработка и описание кинематической схемы привода. Выбор насосной установки гидропривода, определение потерь давления в трубопроводах исполнительного гидродвигателя.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 09.11.2016
Размер файла 3,4 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

М = 225000?0,622 = 139950 Н*м.

Преобразовывая формулы (74 - 80) находим наименьшую высоту балки из условия наибольшего прогиба:

Н =, (83)

где l - длина балки, l = 1100 мм;

Н = = 128 мм.

Данная высота является наименьшей при заданных значениях [у]р и f/l и может быть увеличена, если это диктуется соображениями компоновки конструкции или экономии металла.

Балка должна удовлетворять прочности при условии наименьшей массы, т.е. поперечное сечение должно быть минимальным:

Н = 1,4; (84)

где - толщина вертикального листа.

При проектировании балок толщина Sв в формулах неизвестна. Поэтому ее первоначально задают. Для разных строительных конструкций Sв обычно изменяется в узких пределах, Sв = 5…10 мм:

Sв = 7+0,005Н; (85)

Sв =7+0,005*500 = 10мм;

Н = 1,4= 41 мм.

Далее подбираем размеры поперечного сечения балки с учетом расчетного и изгибающего момента М и высоты Н.

Рассмотрим процесс подбора сечения двутаврового профиля. Для этого найдем требуемый момент сопротивления:

Wтр = ; (86)

Wтр = = 875смі.

Требуемый момент инерции сечения:

Jтр= Wтр?H/2; (87)

Jтр = 875*20.5 = 17937,5 cм 4.

Находим требуемый момент инерции двух горизонтальных листов:

Jг = Jтр - Jв; (88)

где Jв - момент инерции подобранного вертикального листа размером 410*10 мм;

Jв = 41іЧ1/12 = 5743см 4;

Jг = 17937,5 - 5743 = 12194,5 см 4.

В другой форме момент инерции выразится так:

Jг = 2[J0+Аr()І], (89)

где J0 - момент инерции горизонтального листа относительно собственной оси, который всегда очень мал и может быть принят равным нулю;

Н1 - Расстояние между центрами тяжести горизонтальных листов, которое можно принять равным (0,96…0,98)Н.

Таким образом требуемое сечение одного пояса балки:

Аr = ; (90)

АГ = = 15,2смІ.

Принимаем сечение горизонтального листа 150•10 мм.

Определим уточненное значение момента инерции подобранного поперечного сечения балки:

J = +2(1і+15•1·21І) = 18351см 4.

Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:

уmax = ; (91)

уmax = = 156,3МПа.

Определим касательное напряжение на уровне центра тяжести балки в опорном ее сечении:

ф = ; (92)

где Q - наибольшая поперечная сила балки, Q = 225кН;

S - статический момент полуплощади сечения (симметричного) относительно центра тяжести балки (рисунок 6.3);

S = 15?21 + 20,5І/2 = 525 смі;

Ф = ?104 = 65 МПа.

Определим эквивалентные напряжения в сечении, в котором наибольший изгибающий момент М = 0,13995 МН*м и поперечная сила Q = 225 кН. Эквивалентные напряжения вычисляются на уровне верхней кромки вертикального листа в зоне резкого изменения ширины сечения. Вычислим в этом волокне балки напряжение от момента М:

у1 = ; (93)

у1 = = 152,5 МПа

В этом же волокне напряжение от поперечной силы:

ф1 = , (94)

где S1 - статический момент площади горизонтального пояса относительно центра тяжести сечения балки;

S1 = 15?1?20,5 = 307,5 смі;

ф1 = ?103 = 3,7 МПа.

Эквивалентное напряжение определяется по формуле:

уэкв = ; (95)

уэкв = = 152,6 МПа;

что меньше наибольшего нормального напряжения в крайнем волокне.

6.2 Расчет сварной рамы на прочность

Требуется определить прочность рамы при следующих условиях: средние поперечные балки двутаврового профиля пролетом L = 1244мм нагружены распределенной нагрузкой q = 900 кН/м (см. рисунок 6.4); собственным весом балок пренебрегают. Продольные балки двутаврового профиля пролетом L = 1620мм нагружены сосредоточенными силами Р 1 = Р 2 = 225000Н; собственным весом балок пренебрегают. Продольные балки имеют большую жесткость на кручение, поэтому поперечные балки можно считать защемленными в продольных.

По конструкторским соображениям с учетом рассчитанных сечений по справочнику выбираем (рисунок 6.4) двутавр №50Б 2.

Характеристики двутавра:

Н = 496мм

В = 200мм

S = 9,2мм

t = 14 мм

Sсеч = 102,8смІ

J = 28870см 4

W = 1291,9смі

S = 732,9смі

Рисунок 6.4 - Схема сварной рамы

Наибольший изгибающий момент, действующий, на балку определен и составляет 139950Н?м.

Напряжение в поперечной балке:

у =; (96)

у = = 108,3 МПа.

Касательные напряжения в поясных швах с катетом К = 10мм поперечной балки к опоре при коэффициенте шва в = 1,0:

ф = ; (97)

ф = = 57,1МПа.

Прикрепление поперечных балок к продольным спроектировано следующим образом. Кромки горизонтальных листов поперечной балки скошены и приварены стыковым соединением. Вертикальная стенка обварена угловыми швами с катетом К = 10мм. При определении напряжений учитываем в соединении только стыковые и вертикальные сварные швы.

Момент, воспринимаемый двумя стыковыми горизонтальными швами, определяется по формуле:

МСТ= уАГ (НВ + SГ); (98)

где АГ - площадь сечения горизонтального листа;

МСТ= 108,3?2800? (468+14) ?10-3 = 146162Н?м.

Момент, воспринимаемый двумя вертикальными угловыми швами:

МВ = 2фвКНІВ ; (99)

МВ = 2?57,1?1?10?468І = 250125Н?м.

Расчетный момент вычисляется по формуле:

М = МСТ + МВ/6; (100)

М = 146162 + (250125/6) = 187850Н?м.

Примем в запас прочности, что у по значению равно ф. При этом касательное напряжение при в = 0,8:

ф = ; (101)

ф = = 74,3МПа > 57,1 МПа.

Так как касательные напряжения в швах меньше допустимых, следовательно, сварные швы выдержат максимальную нагрузку.

7. Проектирование и расчет гидропривода перемещения верхнего прижимного ролика механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

7.1 Расчет и выбор исполнительного гидродвигателя

Определение нагрузочных и скоростных параметров ГД.

Согласно заданию, применил ГД поступательного движения, т.е. гидроцилиндр (ГЦ).

Для расчета ГД необходимо знать максимальное осевое усилие и максимальную скорость перемещения штока гидроцилиндра. Эти параметры возьмем по базовому агрегату согласно задания.

Максимальное осевое усилие на штоке гидроцилиндра:

Rmax = 3 т = 29.4 кН

Максимальная сокрость перемезщения рабочего органа:

Vmax = 15 см/с = 0.15 м/с

Максимальная длина перемещения рабочего органа: S = 500 мм

Определение геометрических параметров и выбор ГД

Наибольшее распространение имеют поршневые ГЦ двухстороннего действия с одно- и двухсторонним штоком, причем двухсторонний шток следует применять лишь тогда, когда это не приводит к увеличению габаритных размеров базового станка или робота.

Для гидропривода используем конструкцию гидроцилиндра с односторонним штоком двухстороннего действия.

Исходя из заданного осевого усилия задаемся, согласно стандартных давлений в гидравлике по ГОСТ 12445-80 рабочим давлением гидросистемы равным p = 6.3 МПа.

Расчетный диаметр поршня D гидроцилиндра:

, м; (102)

где Rmax - максимальное осевое усилие, кН;

p1 - давления в напорной полости гидроцилиндра, МПа;

p2 - давления в сливной полости гидроцилиндра, МПа;

Ш1 и Ш2 - коэффициенты, зависящие от конструкции гидроцилиндра.

Исходя из конструкции применяемого гидроцилиндра согласно рекомендаций [1] коэффициенты отношения диаметра штока к диаметру поршня Ш1 = 0, Ш2 = 0.71.

Противодавление в сливной полости цилиндра, согласно рекомендаций [1], принимаем p2 = 0.7 МПа.

Отсюда диаметр поршня гидроцилиндра:

м.

В соответствии с ГОСТ 12447-80 диаметр поршня D округляем до ближайшего стандартного значения в большую сторону и принимаем равным Dст = 90 мм.

По полученным значениям выбираем стандартный гидроцилиндр из справочника [2] типа ГЦП с максимально допустимым давлением Pmax = 8 МПа 1-90х 63х 630 ТУ 2-0221050.004 - 88. Основные характеристики представлены в таблице 7.1.

7.2 Выбор гидравлической схемы и ее обоснование

Гидравлическая схема прижима верхнего ролика клети предварительного натяжения представлена на рисунке 7.1.

Основная проблема при работе роликов предварительного натяжения - это значительные перегрузки механической части и конструкций привода при сильном натяжении стальной полосы. Для регулирования натяжения ролики с помощью гидроприводов приподнимаются или снова прижимаются, при этом происходит постоянное переключение гидрораспределителя и не исключает отрыва ролика от полосы. Это приводит к резким рывкам нагрузки передающейся на конструкции роликов и как к быстрому износу механической части роликов предварительного натяжения, так и к возможному браку стальной ленты при не своевременном поднятии или прижиме ролика. В курсовом проекте предлагается модернизация привода, устраняющая данные недостатки.

Таблица 7.1 - Характеристики гидроцилиндра 1-90х 63х 630 ТУ 2-0221050.004 - 88

№ п/п

Параметр

Значение

1

Номинальное давление, МПа

6.3

2

Диаметр поршня, мм

90

3

Диаметр штока, мм

63

4

Ход поршня, мм

630

5

Максимальное усилие на штоке толкающее, кН

36.05

6

Максимальное усилие на штоке тянущее, кН

18.38

Для улучшения работы механизма прижима ролика в новую гидравлическую схему введен редукционный клапан РК, обеспечивающий постоянное требуемое давления прижима ролика к полосе, что способствует снижению неравномерности натяжения стальной полосы при длительной работе.

Дополнительный предохранительный клапан ПК 2 предотвращает резкие увеличения нагрузки на привод, путем уменьшения давления в поршневой полости при срабатывании датчика перенатяжения или увлечении сверх нормы давления в гидроцилиндре. При уменьшении давления в гидроцилиндре уменьшается давление на полосу и соответственно сцепление ролика с полосой. Это способствует уменьшению усилия натяжения. При достижении требуемого давления или усилия натяжения клапан закрывается. Редукционный клапан не дает упасть давлению прижима подпитав поршневую полость требуемым объемом рабочей жидкости для прижима ролика. При такой схеме подъем ролика с отрывом от стальной полосы происходит лишь в экстренных случаях.

Рисунок 7.1 - Гидравлическая схема привода: ГЦ - гидроцилиндр; РР - реверсивный гидрораспределитель; ЭМ1 и ЭМ2 - электромагниты реверсивного гидрорасределителя; НУ - насосная установка; Ф - фильтр; ПК1 - предохранительный клапан; РК - редукционный клапан; КП2 - предохранительный клапан.

Прижим ролика (рабочий ход).

При прижиме ролика рабочая жидкость (рисунок 7.2) нагнетаемая насосной установкой НУ проходит очистку в фильтре Ф и поступает к гидрораспределителю РР, включенному в прямом направлении. Далее через редукционный клапан РК рабочая жидкость попадает в гидроцилиндр ГЦ. Из штоковой полости гидроцилиндра ГЦ жидкость через гидрораспределитель РР попадает обратно в бак. Предохранительный клапан ПК 1 предохраняет насосную установку от перегрузок.

Рисунок 7.2 - Схема движения рабочей жидкости

Отвод ролика (обратный ход).

При отводе ролика рабочая жидкость нагнетаемая насосной установкой НУ проходит очистку в фильтре Ф и поступает к гидрораспределителю РР, включенному в обратном направлении, и далее поступает в штоковую область гидроцилиндра ГЦ. Из поршневой полости гидроцилиндра ГЦ жидкость через обратный клапан встроенный (рисунок 7.3) в редукционный клапан РК и гидрораспределитель РР попадает обратно в бак.

Рисунок 7.3 - Схема движения рабочей жидкости

7.3 Расчет и выбор насосной установки

Выбор насосной установки производим исходя из расхода жидкости в гидроцилиндр при максимальной скорости работы.

Расход в поршневую область. Требуемый расход жидкости при ходе гидроцилиндра вперед в поршневую полость [1]:

, мі/с, (103)

где х - скорость перемещения поршня, м/с;

F1ст - площадь в поршневой полости выбранного гидроцилиндра, мІ.

Площадь в поршневой области цилиндра [1]:

, мІ ; (104)

мІ .

Скорость перемещения поршня х = 0.15 м/с:

мі/с (57.3 л/мин).

Расход жидкости в штоковую область. Требуемый расход жидкости при ходе гидроцилиндра назад в штоковую полость [1]:

, мі/с;(105)

где х - скорость перемещения поршня, м/с;

F2ст - площадь в штоковой полости выбранного гидроцилиндра, мІ.

Площадь в штоковой полости цилиндра [1]:

, мІ; (106)

где dшст - диаметр штока выбранного гидроцилиндра, м.

мІ .

Скорость перемещения поршня х = 0.15 м/с:

мі/с (29.2 л/мин).

Выбор насосной установки. Требуемое давление насоса с предварительным учетом потерь давления в системе найдем по формуле [1]:

, МПа; (107)

= 9.45 МПа.

Требуемая подача насоса мі/с (57.3 л/мин).

Исходя из полученных расчетных данных, выбираем регулируемый пластинчатый насос НПлР 50/16 ТУ 0221050.004-88 [2]:

Характеристики насоса представлены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Характеристики насоса НПлР 50/16

Параметр

Значение

Рабочий объем, смі

50

Номинальное давление, МПа

16

Максимальное давление, МПа

17.5

Номинальная подача, л/мин (мі/с)

63.5 (0.00106)

Объемный КПД, %

90

Для насоса выбираем тип насосной установки:

3С 100.В-РГ 1.16.63,5.22,5-113 УХЛ 4 ТУ 2-053-1781-86.

3 - исполнение по высоте; С - тип насосной установки; 100 - вместимость бака; В - с теплообменником; РГ 1 - исполнение насосного агрегата с регулируемым насосом типа НПлР; 16 - номинальное давление насоса в МПа; 63,5 - номинальная подача насоса л/мин; 22,5 - мощность электродвигателя кВт; 1 - тип предохранительного аппарата ПГ 54-3; 1 - диаметр условного прохода 10 мм; 3 - номинальное давление настройки 10МПа; УХЛ 4 - климатическое исполнение.

7.4 Расчет и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

Расчет диаметра трубопровода и скорости движения жидкости. Для нахождения диаметров трубопроводов зададимся скоростью движения жидкости согласно рекомендуемым [2] в зависимости от давления:

– для напорной линии при номинальном давлении насосной установки P = 16 МПа uрек = 4 м/с;

– для напорно-сливной и сливной линии uрек = 2 м/с.

В качестве трубопроводов применяем стальные трубы ГОСТ 8734-75.

Внутренний диаметр участка трубы [1]:

, м; (108)

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

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

Расчетную толщину стенки участка трубы [1]:

, мм; (109)

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

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

kб - коэффициент запаса, kб = 2…8.

Исходя давления в гидросистеме, используем соединения по ОСТ 2 Г 91-26-78 [2] с шаровым ниппелем. Стальной трубопровод приваривается к ниппелю, на который предварительно надевается накидная гайка. Трубы подбираем из числа рекомендованных для данного типа соединений:

1) Напорные линии 1-2, 2-13:

17.5МПа, 63.5 л/мин (1.06 10-3 мі/с).

По рекомендациям = 4 м/с:

м (18 мм).

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 25х 3, у которой внутренний диаметр мм. Проверяем условие :

мм;

3 мм > 2.44 мм условие выполняется.

2) Напорня линия 2-3, 4-5:

17.5МПа, 57.3 л/мин (9.54 10-4 мі/с).

По рекомендациям = 4 м/с:

м (17 мм).

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 25х 3, у которой внутренний диаметр

мм. Проверяем условие :

мм;

2 мм > 2.44 мм условие выполняется.

3) Напоро-сливные линии 6-7, 16-17:

17.5 МПа, 57.3 л/мин (9.54 10-4 мі/с).

По рекомендациям = 2 м/с:

м (24.6 мм).

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 32х 3.5, у которой внутренний

диаметр мм. Проверяем условие :

мм;

3.5 мм > 3.2 мм условие выполняется.

4) Напоро-сливная линия 8-9:

17.5 МПа, 29.2 л/мин (4.86 10-4 мі/с).

По рекомендациям = 2 м/с:

м (17.6 мм).

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 25х 3, у которой внутренний диаметр

мм. Проверяем условие :

мм.

3 мм > 2.44 мм условие выполняется.

5) Сливные линии 10-11, 11-12, 18-11:

0.7 МПа, 57.3 л/мин (9.54 10-4 мі/с).

По рекомендациям = 2 м/с:

м (24.6 мм).

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 32х 3.5, у которой внутренний

диаметр мм. Проверяем условие :

мм;

3 мм > 0.13 мм условие выполняется.

6) Сливные линии 14-15:

0.7 МПа, 63.5 л/мин (1.06 10-3 мі/с).

По рекомендациям = 2 м/с:

м (2.59 мм).

По ГОСТ 8734-75 принимаем трубу 34х 3, у которой внутренний диаметр

мм. Проверяем условие :

мм;

3 мм > 0.14 мм условие выполняется.

Подбор гидроаппаратуры. Выбор гидроаппаратов производится из справочной литературы по величине расхода и рабочего давления в той линии, где установлен аппарат, номинальные значения расхода и давления должны быть ближайшими большими, либо равными к расчетным значениям. Выбираемые аппараты должны соответствовать заданному способу монтажа.

Предохранительный клапан (ПК 1) МКПВ 10/3.С.2.В УХЛ 4

ТУ 053-1737-85:

– номинальный расход л/мин;

– М - международные присоединительные размеры;

– КПВ - предохранительный клапан;

– 10 - условный проход;

– 3 - максимальное давление МПа;

– С - стыковой монтаж;

– 2 - с дистанционным гидроуправлением и разгрузкой;

– В - с регулирующим винтом и гайкой под ключ;

– УХЛ 4 - климатическое исполнение;

Фильтр напорный типа 2ФГМ 32 ТУ 2-053-1778-86:

– номинальное давление;

– номинальный расход при тонкости фильтрации 25 мкм л/мин;

– перепад давлений МПа;

– внутренние утечки л/мин.

Гидрораспределитель 1РЕ 10.44/В 220 УХЛ 4 ГОСТ 24679-81:

– номинальное давление;

– номинальный расход ;

– максимальный расход ;

– перепад давлений ;

– 1 - номер конструкции;

– Р - распределитель;

– Е - электрическое управление;

– 10 - условный проход в мм;

– 44 - номер схемы по исполнению;

– с пружинным возвратом;

– В 220 - напряжение управления 220В, ток переменный;

– УХЛ 4 - климатическое исполнение.

Предохранительный клапан (ПК 2) МКПВ 10/3.С.2.В УХЛ 4

ТУ 053-1737-85:

– номинальный расход ;

– М - международные присоединительные размеры;

– КПВ - предохранительный клапан;

– 10 - условный проход;

– 3 - максимальное давление ;

– С - стыковой монтаж;

– 2 - с дистанционным гидроуправлением и разгрузкой;

– В - с регулирующим винтом и гайкой под ключ;

– УХЛ 4 - климатическое исполнение.

Редукционный клапан МКРВ 16/3.Ф 2.В УХЛ 4

ТУ 2.053.4695940.001-89:

– номинальный расход ;

– перепад давлений ;

– МКРВ - клапан редукционный встраиваемый с международными присоединительными размерами;

– 16 - условный проход;

– 3 - максимальное давление ;

– Ф - исполнение по способу монтажа - вставной;

– 2 - исполнение по конструкции;

– В - с регулирующим винтом и гайкой под ключ;

– УХЛ 4 - климатическое исполнение.

7.5 Разработка блока управления

В работе монтаж аппаратов гидроблока управления производится на монтажной плите.

В блок управления входят следующие аппараты: реверсивный распределитель РР, редукционный клапан РК. Согласно задания редукционный клапан используем встраиваемого монтажа.

Рабочая жидкость, поступающая от насоса, пройдя фильтр поступает через отверстие "Р" в плиту блока управления. Далее жидкость при рабочем ходе поступает через редукционный клапан к отверстию "А" плиты и в поршневую полость гидроцилиндра. Из штоковой области рабочая жидкость поступает к отверстию "В" и далее через распределитель РР к отверстию "Т" на слив.

При обратном ходе (подъем ролика) рабочая жидкость через реверсивный распределитель РР поступает к отверстию "В" блока управления и далее к штоковой области гидроцилиндра. Рабочая жидкость из поршневой области гидроцилиндра поступает к отверстию "А" плиты и через обратный клапан встроенный в редукционный клапан поступает в гидрораспредлитель и далее к отверстию "Т" на слив.

Схема гидроблока управления выделена штрихпунктирной линией на схеме гидропривода.

7.6 Определение потерь давления в аппаратах и трубопроводах

Определение потерь давления в аппаратах. Потери давления в аппаратах [1]:

, Мпа, (110)

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

A и B - коэффициенты аппроксимации экспериментальной зависимости потерь давления от расхода через гидроаппарат;

Qmax - максимальный расход рабочей жидкости через гидроаппарат, м3/с.

Коэффициенты аппроксимации экспериментальной зависимости потерь давления [1]:

. МПа · с/мі ;

, МПа · с 2 / м 6 .(111)

где Дpном - потери давления при номинальном расходе, МПа;

Qном - номинальный расход гидроаппарата, мі/с.

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

Приведем расчет потерь давления для гидрораспределителя ВЕ 10.44/В 220-Н УХЛ 4:

– Qном = 32 л/мин (0.00053 мі/с);

– Дp0 = 0 МПа;

– Дpном =0.21 МПа.

Коэффициенты аппроксимации:

МПа · с/мі ;

МПа · с 2 / м 6.

Отсюда вычислим потери давления при рабочем РХ и обратном ОX ходе цилиндра.

Рабочий ход:

в поршневую мі/с:

МПа.

из штоковой мі/с:

МПа.

Обратный ход:

из поршневой мі/с:

МПа.

в штоковую мі/с:

МПа.

Рассчитанные значения перепадов давлений для остальных гидроаппаратов представлены в таблице 7.3.

Таблица 7.3 - Расчетные значения полных перепадов давления в гидроаппаратах

Наименование гидроаппарата

Дp0, МПа

A, МПа · с/мі

B, МПа · с2 / м6

Этап цикла

Qmax, мі/с

ДpГА, МПа

Фильт напорный

0

30.1

22612.9

РХ

ОХ

0.00095

0.00049

0.049

0.020

Гидрораспределитель

0

198.1

373798.5

РХ

ОХ

0.00095

0.00049

0.526

0.187

Клапан редукционный

0

150.4

113064.6

РХ

ОХ

0.00095

0

0.246

0

Полные перепады давлений в линиях при обоих этапах работы:

Рабочий ход (РХ):

– напорная линия МПа;

– сливная линия МПа.

Обратный ход (ОХ):

– напорная линия МПа;

– сливная линия МПа.

Потери давления в трубопроводах по длине. Для нахождения потерь давления по длине трубопроводов вычислим числа Рейнольдса [1]:

, (112)

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

- кинематический коэффициент вязкости жидкости, мІ/с.

Потери давления на вязкое трение определяются по формуле [1]:

, МПа; (113)

где - плотность рабочей жидкости, кг/мі;

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

i - коэффициент гидравлического трения на - том участке;

Li - длина i - го участка трубопровода, м;

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

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

Для гладких цилиндрических трубопроводов коэффициент [1]:

. (114)

Полный расчет потерь давления приведем для участка трубопровода 1-2 при максимальных значениях расхода жидкости:

– труба 34х 3 ГОСТ 8734-75;

– длинна трубопровода L = 0.15 м;

– внутренний диаметр трубопровода dст = 0.019 м;

– максимальный расход жидкости Qmax = 0.00106 мі/с.

Рабочая жидкость И-50А ГОСТ 20799-75 [2]:

– плотность рабочей жидкости = 910 кг/мі;

– кинематический коэффициент вязкости = 50 · 10-6 мІ/с.

Площадь внутреннего сечения трубопровода определим по формуле:

, мІ ;(115)

мІ.

Фактическая скорость движения рабочей жидкости в трубопроводе:

, м/с; (116)

м/с.

Число Рейнольдса:

- поток ламинарный.

;

Па ? 0.0023 МПа.

Рассчитанные значения потерь на остальных участках трубопроводов представлены в таблице 7.4.

Общие потери, по длине трубопроводов исходя из полученных расчетных данных:

Рабочий ход (РХ):

– напорная линия - МПа;

– сливная линия - МПа.

Обратный ход (ОХ):

– напорная линия - МПа;

– сливная линия - МПа.

Таблица 7.4 - Потери давления по длине трубопроводов

Этап цикла

Линия

Участок по схеме

Тип участка

Qmax, мі/с

dТi, м

Li, м

fТi., мІ

ui., м/с

Rei

li

DpТi., МПа

Рабочий ход

Напорная

1-2

напорный

0.00106

0.019

0.15

0.000284

3.74

1420.7

0.0450

0.0023

2-3

напорный

0.00095

0.019

0.15

0.000284

3.35

1273.2

0.0503

0.0020

4-5

напорный

0.00095

0.019

0.5

0.000284

3.35

1273.2

0.0503

0.0068

6-7

напор-слив

0.00095

0.025

1.5

0.000491

1.94

967.7

0.0661

0.0068

Слив

8-9

напор-слив

0.00049

0.019

1.8

0.000284

1.73

656.7

0.0975

0.0125

10-12

сливной

0.00049

0.025

0.7

0.000491

1.00

499.1

0.1282

0.0016

Обратный ход

Напорная

1-2

напорный

0.00106

0.019

0.15

0.000284

3.74

1420.7

0.0450

0.0023

2-3

напорный

0.00049

0.019

0.15

0.000284

1.73

656.7

0.0975

0.0010

4-5

напорный

0.00049

0.019

0.5

0.000284

1.73

656.7

0.0975

0.0035

8-9

напор-слив

0.00049

0.019

1.8

0.000284

1.73

656.7

0.0975

0.0125

Слив

6-7

напор-слив

0.00095

0.025

1.5

0.000491

1.94

967.7

0.0661

0.0068

10-12

сливной

0.00095

0.025

0.7

0.000491

1.94

967.7

0.0661

0.0032

Местные потери давления. Местные потери складываются из потерь в различных местных сопротивлениях (углы. тройники. изменение диаметра и т.д.):

, МПа, (117)

где жj - коэффициент j-го местного сопротивления;

nн - число местных сопротивлений;

fМj - площадь внутреннего сечения трубопровода перед j - тым сопротивлением мІ.

Расчет местных потерь произведем на участке 1-3 для одного из местных сопротивлений:

- местное сопротивление - тройник;

- диаметр трубопровода - 0.019 м;

- максимальный расход жидкости Qmax = 0.00106 мі/с;

- коэффициент местного сопротивления ж = 0.1 [2];

- количество местных сопротивлений n = 1.

Па (0.0006 МПа).

Остальные рассчитанные местные потери приведены в таблице 7.5. Общие местные потери исходя из полученных расчетных данных:

Рабочий ход (РХ):

– напорная линия - МПа;

– сливная линия - МПа.

Обратный ход (ОХ):

– напорная линия - МПа;

– сливная линия - МПа.

Суммарные потери давления. Общие суммарные потери давления приведены в таблице 7.6.

7.7 Проверка насосной установки

Давление насосной установки должно обеспечивать требуемое давление в гидросистеме с учетом потерь.

, МПа. (118)

Максимальные потери давления МПа.

МПа

Выбранная насосная установка удовлетворяет заданным параметрам.

Таблица 7.5 - Результаты расчетов местных потерь давления

Этап работы

Линия

Участок

Вид местного сопротивления

Кол-во сопрот.

с, кг/мі

Qmaxj. мі/с

жj

dмj, м

fмj, мІ

ДPмj, Мпа

Рабочий ход

Напор

1-2

Тройник Ф 19 (т. 2)

1

910

0.00106

0.1

0.019

0.000284

0.0006

4 -5

Резкое сужение Ф 25/Ф 10 мм (т. 4)

1

910

0.00095

0.65

0.025

0.000491

0.0011

6-7

Резкое расширение Ф 10/Ф 25 (т. 6)

1

910

0.00095

0.6

0.025

0.000491

0.0010

6-7

Тройник Ф 25 (т. 16)

1

910

0.00095

0.1

0.025

0.000491

0.0002

Слив

8-9

Резкое сужение Ф 19/Ф 10 мм (т. 9)

1

910

0.00049

0.68

0.019

0.000284

0.0009

10-12

Резкое расширение Ф 10/Ф 25 (т. 10)

1

910

0.00049

0.65

0.025

0.000491

0.0003

10-12

Угол 90 град Ф 25

2

910

0.00049

1.5

0.025

0.000491

0.0014

10-12

Тройник Ф 25 (т. 11)

1

910

0.00095

0.1

0.025

0.000491

0.0001

Обратный ход

Напор

1-2

Тройник Ф 19 (т. 2)

1

910

0.00106

0.1

0.019

0.000284

0.0006

4 -5

Резкое сужение Ф 25/Ф 10 мм (т. 4)

1

910

0.00049

0.65

0.025

0.000491

0.0003

8-9

Резкое расширение Ф 10/Ф 19 (т. 9)

1

910

0.00049

0.6

0.019

0.000284

0.0008

Слив

6-7

Тройник Ф 25 (т. 16)

1

910

0.00095

0.1

0.025

0.000491

0.0002

6-7

Резкое сужение Ф 25/Ф 10 мм (т. 6)

1

910

0.00095

0.65

0.025

0.000491

0.0011

10-12

Резкое расширение Ф 10/Ф 25 (т. 10)

1

910

0.00095

0.65

0.025

0.000491

0.0011

10-12

Угол 90 град Ф 25

2

910

0.00095

1.5

0.025

0.000491

0.0051

Таблица 7.6 - Общие суммарные потери в гидросистеме

Этап цикла

Линии

PГА, МПа

PТ, МПа

PМ, МПа

p, МПа

Рабочий ход

Напорная

0.821

0.0178

0.0029

0.842

Сливная

0.187

0.0142

0.0027

0.204

Обратный ход

Напорная

0.207

0.0193

0.0017

0.228

8. Разработка технологического процесса изготовления полумуфты привода механизма натяжения стальной полосы агрегата продольной резки

8.1 Разработка технологического процесса изготовления "шестерни" с применением станков с ЧПУ

Данная деталь - шестерня, служит для передачи крутящего момента в редукторе установки роликов предварительного натяжения. В связи с конструкцией агрегата, и конструкцией установки предварительного натяжения, а также количеством подобных агрегатов в России, принято наладить производство запасных деталей необходимых при ремонтах оборудования. В процессе работы, детали принятые на производство показали все свои положительные и отрицательные качества. В первоначальной конструкции детали на чертеже не были установлены допуски на посадку фланца к шестерне, в технических требованиях не присутствовало достаточной информации необходимой для монтажа шестерни в агрегат, отрицательно показало себя соединение фланца с шестерней, случались обрывы крепежа, происходил износ в посадочном месте фланца на шестерню. В связи с тем, чтобы увеличить срок службы деталей необходимо внести некоторые изменения в производственных бизнес процессах детали, что позволит благодаря не значительному увеличению себестоимости детали, значительно увеличивается срок службы механизма.

8.2 Описание конструкции и назначения детали

Деталь предназначена для передачи крутящего момента от редуктора на ролик натяжной станции. Конструкция детали представляет: цилиндрическую, прямозубую шестерню диаметром 325мм, устанавливающуюся на подшипники качения, с левой стороны шестерни имеется выступ длинной 100мм диаметром 170мм, на котором имеется крепление под фланец, с правой стороны шестерни, в отверстии под подшипник, имеется проточка под стопорное кольцо.

Основным требованиями к детали является высокая точность изготовления, деталь работает в масляной среде, под действием высоких динамических нагрузок. Шестерня должна быть изготовлена из достаточно прочного материала, предающего достаточную твёрдость, упругость и стойкость зубчатому венцу.

Материал шестерни - конструкционная углеродистая сталь марки 40Х по ГОСТ 4543-71, химические и механические свойства, которой приведены в таблице 8.1 и таблице 8.2.

Таблица 8.1 - Химический состав стали, %

С

S

P

Cr

0,36-0,44

<0,35

<0,035

0,8-1,1

Таблица 8.2 - Механические свойства стали

ут, МПа

увр, МПа

д5, %

Ш, %

750

900

10

45

Химически Сталь 40Х является углеродистой доэвтектоидной сталью, значит для ее термообработки лучше применять улучшение, которое заключается в нагреве детали до температуры 820-840 град. С с последующим быстрым отпуском. Середина вала остается вязкой, т.к. сталь 40Х имеет прокаливаемость 10…15 мм, а это обеспечивает высокую ударную вязкость и устойчивость вала к различным видам нагрузки.

8.3 Технологический контроль чертежа детали

Основными поверхностями детали являются цилиндрические поверхности:

1) Цилиндрическая поверхность наружного диаметра шестерни 325-0,23 мм, длиной 100мм, на ней имеются фаски 8Ч15є;

2) Цилиндрическая поверхность выступа шестерни диаметром 170h8 мм, длиной 92мм, на ней имеются фаски 2Ч45є;

3) Цилиндрическое отверстие под подшипник диаметром 130Н 7, длинной 95мм;

4) Цилиндрическое отверстие диаметром 121мм, длиной 25мм,

5) Цилиндрическое отверстие диаметром 95мм, длиной 25мм

6) Цилиндрические отверстия под резьбу М 16Ч1,5Ч25;

7) Два фрезированных паза с торца выступа шестерни под крепление фланца;

8) Зубчатый венец шестерни.

В целом конструкторский чертёж детали содержит информацию необходимую для разработки технологического процесса, это подтверждается:

– Изображение детали адекватно, на чертеже изображены три вида, по которым можно полностью определить форму, габариты и технологические требования к детали;

– На чертеже указаны все необходимые размеры, которых достаточно для изготовления данной детали;

– На все важные размеры, форму и взаимное расположение поверхностей указаны допуски, шероховатости, базы;

На чертеже присутствуют технические требования детали.

Рабочий чертеж детали в основном соответствует требованиям действующих гостов. Количество размеров на чертеже достаточного для качественного изготовления вала. Чистота поверхностей, их шероховатость и точность соответствуют служебному назначению детали. Чертеж содержит все необходимые сведения о материале детали.

В связи с тем, что деталь будет изготавливаться на станках с ЧПУ, в чертеж внесены несколько изменений касающихся базирования размеров для облегчения написания программ и обработки детали.

Откорректированный и выполненный в соответствии с существующими ГОСТами и стандартами чертеж представлен на плакате в графической части.

8.4 Анализ технологичности конструкции детали

Анализ технологичности конструкции выполним по конструкторскому чертежу. Материал заготовки сталь 40Х ГОСТ 4345-71 технологичный, доступный, хорошо подвергается механической, термической, при необходимости слесарной обработке, легко обрабатывается лезвийными инструментами. Заготовкой детали является вполне доступная поковка.

В качестве альтернативы стали 40Х можно использовать сталь 40ХН. Сталь 40ХН имеет большую прокаливаемость и пластичность внутреннего слоя из-за дополнительных легирующих добавок, но это влечет за собой некоторое удорожание детали. Это в нашем случае не является целесообразным, так как сталь 40Х по своим прочностным характеристикам удовлетворяет требованиям детали. Замена материала не целесообразна.

Соотношение детали (1 - 0,637 длины к диаметру), деталь не больших габаритных размеров и имеет достаточную жёсткость.

Деталь подвергается трём видам обработки: механической, слесарной и термической. Деталь не имеет труднодоступных мест для обработки. Нарезание зубьев в настоящее время тоже не представляет особых трудностей в связи с существованием специализированных станков.

Упрощение конструкции детали за счет второстепенных элементов не представляется возможным из-за их отсутствия.

Данную деталь можно обрабатывать на типовом стандартном оборудовании, стандартным режущим инструментом, используя универсальные типовые приспособления, например кулачковый патрон или поводковый патрон.

8.5 Выбор способа изготовления заготовки

Для изготовления заготовки будем рассматривать следующие способы:

– прокат;

– поковка.

Годовая программа N = 500 шт.

Метод выполнения заготовки определяется назначением и конструкцией заданной детали, материалом, техническими требованиями, а так же, что немаловажно, экономичностью изготовления. Составим два варианта технологического процесса изготовления вала по себестоимости и выявим наиболее приемлемый вариант (таблица 8.3).

Таблица 8.3 - Типы заготовок

Заготовка

Прокат

Поковка

Материал

Сталь 40Х ГОСТ 4543-71

Сортамент по ГОСТ 2590-88

Сталь 40Х ГОСТ 4543-71

Поковка по ГОСТ 7505-89

Масса

M = 546 кг

M = 312 кг

Цена

6485,3 руб.

5732,1 руб.

Эскизы заготовок показаны на рисуноке 8.1.

Рисунок 8.1 - Эскизы заготовок

Заготовка из проката. Стоимость заготовки, полученной методом проката, будет равна:

, руб, (141)

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

руб.

Заготовка штамповка. Стоимость заготовки, полученной методом штамповки, будет равна:

руб.

Выбор заготовки. Из двух сопоставленных вариантов технологического процесса получения заготовки выбираем второй вариант. Это решение вытекает из проделанных выше расчетов и нижеследующих выводов. Стоимость заготовки полученной из проката дешевле, чем заготовка из поковки. Но заготовка из проката требует довольно большого объема механической обработки, и большая часть металла уйдет в стружку. Заготовка из поковки хоть и дороже, но благодаря ее форме максимально приближенной к конфигурации детали позволит удешевить обработку, что значительно скажется на удешевлении детали. Заготовка для производства детали "шестерня" - поковка.

8.6 Расчет межоперационных припусков и допусков

Расчет проведем для шейки подшипника с шероховатостью поверхности , как наиболее ответственной поверхности по методике представленной в [6].

Для получения данного размера с требуемыми параметрами точности и шероховатости согласно рекомендаций [6, стр. 304] выбираем экономически достижимые квалитеты размеров по стадиям согласно выбранного плана обработки размера, учитывая, что заготовка имеет 16-й квалитет точности размеров, шероховатость поверхности (поковка), поле допуска размера заготовки мм:

1. Черновое точение, 14-й квалитет, , поле допуска размера ;

2. Чистовое точение 10-й квалитет, , поле допуска размера ;

3. Шлифование 8-й квалитет, , поле допуска размера .

Согласно данного плана для получения требуемой шероховатости и точности выбираем минимально необходимую толщину снимаемого (дефектного) слоя:

1. Черновое точение мм;

2. Чистовое точение мм;

3. Шлифование мм.

Минимальную величину припуска на механическую обработку определяем по формуле:

, мм, (142)

где - величина шероховатости предшествующего перехода, мм;

- величина дефектного слоя предшествующего перехода, мм;

- величина пространственных отклонений (коробление, смещение оси заготовки), мм;

- погрешность установки, мм.

Величину пространственных отклонений учитываем только для черновой обработки и определим по формуле:

, мм. (143)

Значения величин коробления и смещения оси для заготовки принимаем равными мкм, мкм.

мм.

Величину погрешности установки согласно плана обработки детали будем учитывать при черновом точении мм и предварительном шлифовании мм (переустановка заготовки, смена баз).

Отсюда найдем минимальные припуски на обработку по переходам:

мм;

мм;

мм.

Минимальные диаметры шейки ролика по переходам:

мм;

мм;

мм;

мм.

Максимальные диаметры шейки ролика по переходам:

мм;

мм;

мм;

мм.

Максимальные припуски обработки по переходам:

мм;

мм;

мм.

Схема припусков и допусков показана на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2 - Схема припусков и допусков

8.7 Выбор плана обработки

План обработки представлен в таблице 8.4

Таблица 8.4 - План обработки детали "шестерня"

Операция

Наименование

Содержание

010

Слесарная

Очистить заготовку

020

Токарная с ЧПУ

Черновое и чистовое точение наружных поверхностей.

Черновое и чистовое точение внутренних поверхностей.

030

Токарная с ЧПУ

Черновое и чистовое точение наружных поверхностей.

Черновое и чистовое точение внутренних поверхностей.

040

Зубофрезерная

Фрезеровать 63 зуба

050

Вертикально-фрезерная

Обработка участка крепления фланца

060

Вертикально-сверлильная

Сверлить и нарезать резьбу М 16 в 4-х отверстиях

070

Слесарная

Очистить заготовку от заусенец

080

Термическая

Термообработка заготовки

090

Кругло-шлифовальная

Шлифовать наружную поверхность Ф 170 мм

100

Внутри-шлифовальная

Шлифовать внутреннюю поверхность Ф 130 мм

110

Технический контроль

Контролировать параметры детали

8.8 Выбор типа и формы производства

Тип производства характеризуется коэффициентом закрепления операции Кзо. Для определения данного коэффициента проведем предварительное нормирование времени по наиболее характерным операциям.

Предварительное нормирование времени операции. Предварительное нормирование времени осуществляется по приближенным формулам. Условные обозначения в формулах:

- длина прохода, мм;

- наибольший диаметр, мм;

- наименьший диаметр, мм.

1. Токарные операции с ЧПУ:

Наружные поверхности:

Ф 325 L=100: мин.;

Ф 170 L=107: мин.

Подрезка торца:

Ф 95/Ф 170 мин.;

Ф 250/Ф 325 мин.;

Ф 200/Ф 325 мин.

Точение внутренних поверхностей:

Ф 140 L=14 мин.;

Ф 130 L=100 мин.;

Ф 121 L=25 мин.

Общее время: мин

2. Зубо-фрезерная:

Фрезеровать 63 зуба:

мин.

3. Вертикально-фрезерная:

Фрезеровать поверхность узел крепления фланца L=170, 2 прохода:

мин.

4. Вертикально-сверлильная:

Сверлить 4 отверстия Ф 13.9:

Ф 13.9 L=40: ;

Нарезать резьбу в 4-х отверстиях:

М 16 L=40:

Общее время: мин

5. Круглошлифовальная:

Шлифовать наружную поверхность Ф 170 L=100:

мин.

6. Внутришлифовальная:

Шлифовать внутреннюю поверхность Ф 130 L=100:

мин.

Определение типа производства. Тип производства по ГОСТ 3.1108-88 характеризуется коэффициентом закрепления операции Кзо.

Годовая программа шт.

Расчетное количество станков:

, шт; (144)

где - штучное время на операцию, мин;

- годовой фонд времени, час.;

- нормированный коэффициент загрузки оборудования, .

Штучное время для приближенных расчетов можно принять

.

Токарная с ЧПУ:

мин.; шт.

Зубо-фрезерная:

мин.; шт.

Вертикально-фрезерная:

мин.; шт.

Вертикально-сверлильная:

мин.; шт.

Кругло-шлифовальная:

мин.; шт.

Внутри-шлифовальная:

мин.; шт.

Фактический коэффициент загрузки оборудования:

; (145)

где - принятое число рабочих мест, шт.

; ;;

; ;;

Количество операций, выполняемых на рабочем месте:

. (146)

; ; ;

; ; .

Данные по техническому процессу приведены в таблице 8.5.

Таблица 8.5 - Данные по технологическому процессу

№

Операция

Тш

Zр, шт.

Р, шт

О, шт

1

Токарная с ЧПУ

27.13

0.075

1

0.075

10.0

2

Зубо-фрезерная

62.37

0.172

1

0.172

4.36

3

Вертикально-фрезерная

3.37

0.0093

1

0.0093

80.8

4

Вертикально-сверлильная

3.38

0.0093

1

0.0093

80.4

5

Внутришлифовальная

4.29

0.0118

1

0.0118

63.39

6

Круглошлифовальная

3.14

0.0086

1

0.0086

86.75

ИТОГО

6

325.73

Исходя из полученных расчетных данных производство будет мелкосерийное.

Для данного типа производства наиболее характерной является групповая форма организации производства, которую и применим в качестве базовой организационной формы техпроцесса для изготовления детали.

Величину партии деталей для одновременного запуска определяем по формуле:

, шт., (147)

где а = 2…20 дней - число дней, на которое необходим запас деталей на складе;

Ф = 250 дней - количество рабочих дней в году;

шт.

8.9 Выбор оборудования

Выбор оборудования производим по справочнику [1]. При выборе оборудования руководствуемся типом производства и рекомендациями для его использования. Предпочтение отдаем станкам с ЧПУ или автоматам.

Выбранное оборудование для производства данной детали представлено в таблице 8.6.

Таблица 8.6 - Оборудование для производства детали

Металлорежущий станок

Характеристика металлорежущего станка

1

2

Токарно-винторезный 16К 20Ф 3С 32 с ЧПУ

Класс точности станка по ГОСТ 8-82, (Н, П, В, А, С) П

Диаметр обрабатываемой детали над станиной, мм 500.00

Диаметр детали над суппортом, мм 220.00

Длина обрабатываемой детали, мм 1000

Пределы частот вращения шпинделя, Min/Max, Об./Мин. 160.00/2240.00

Мощность двигателя главного движения, кВт. 11

Габариты станка

- длина 3700 мм

- ширина 1700 мм

- высота 2145 мм

Масса станка, кг. 4050

Зубо-фрезерный - 53А 50 с ЧПУ.

Наибольший диаметр нарезаемых колес, 500мм

Наибольший модуль зубьев нарезаемых колес,8 мм

Наибольший угол наклона зубьев нарезаемых колес, ±60 град. Наибольший вертикальный ход фрезы,360 мм

Наибольший диаметр фрезы, установленной в суппорте,180 мм Осевое перемещение фрезы,200 мм

Част Подача, 0,75-7,5 мм/об.

Вертикальная 0,2-2,25

Радиальная 0,13-2,6 .

Частота вращения шпинделя фрезы, 40-405мин -1 Мощность главного электродвигателя,8/10/12,5 кВт

Вертикально-фрезерный - 6Т 13 с ЧПУ ОРША-Ф 32ГФ 3

Размеры стола, мм 400x1250 перемещение стола, мм

- продольное (X) 800

- поперечное (Y) 420

- вертикальное (Z) 420

Угол поворота шпиндельной головки в продольной плоскости, град ± 45 Частота вращения основного шпинделя, об/мин 31,5...1600 Конус основного шпинделя 50 Подача стола, мм/мин:

- продольная (X) 12,5...1600

- поперечная (Y) 12,5...1600

- вертикальная (Z) 4,1...430

Быстрый ход, мм/мин:

- продольный (X) 4000

- поперечный (Y) 4000

- вертикальный (Z) 1330

Мощность основного шпинделя, кВт 7,5

Габариты станка, мм 2280х 1965х 2265

Масса станка, кг 3250

Вертикально-сверлильный - 2Н 150

Максимальный диаметр сверления в стали - 50 мм.

Рабочая поверхность стола 500х 500 мм.

Наибольший ход шпинделя - 300 мм.

Наибольшее вертикальное перемещение сверлильной головки - 250 мм.

Частота вращения шпинделя об/мин 22…1000.

Мощность основного шпинделя, кВт 7,5

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены