Модернизация привода перемещения каретки манипулятора защитной трубы МНЛЗ№4 ОАО "ММК"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО "Уральский федеральный университет

имени первого президента России Б. Н. Ельцина"

Кафедра "Металлургические и роторные машины"

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

"Модернизация привода перемещения каретки манипулятора защитной трубы МНЛЗ№4 ОАО "ММК"

Студент

Мухамедов Д.А.

Екатеринбург 2013 г.

Оглавление

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Описание технологического процесса цеха

1.1.1 Подготовка кристаллизатора к разливке

1.1.2 Запуск ручья и начало разливки

1.1.3 Температурный режим разливки

1.1.4 Защита металла от вторичного окисления

1.2 Технологические расчёты

1.2.1 Расчёт производительности МНЛЗ

2. Конструкторская часть

2.1 Описание конструкции манипулятора защитной трубы

2.2 Литературный и патентный обзор

2.3 Модернизация узлов машины

2.3.1 Механизм вращения стрелы

2.3.2 Механизм перемещения каретки

3. Расчётная часть

3.1 Расчёт нагрузок и мощности привода вращения стрелы

3.2 Расчёт мощности привода перемещения каретки

3.3 Расчёт реечной передачи

3.4 Прочностные расчёты основных узлов и деталей машин

3.5 Расчёты унифицированных деталей и узлов машины

4. Эксплуатация и обслуживание

4.1 Смазка

4.2 Организация ремонтов

4.3 Монтаж

4.3.1.Подготовка к монтажу

4.3.2 Основные базы

4.3.3 Последовательность монтажа (рекомендуемая)

4.3.4 Испытания после монтажа

5. Технико-экономическое обоснование проектного решения

5.1 Расчёт технико-экономических показателей проекта

5.1.1 Расчёт производственной мощности

5.1.2 Расчёт величины капитальных вложений

5.1.3 Расчёт проектной себестоимости

5.1.4 Расчёт проектной прибыли и рентабельности продукции

5.2 Показатели и критерии экономической эффективности проекта

5.2.1 Источники финансирования инвестиционного проекта

5.2.2 Возврат кредита. Расчёт финансовых издержек

5.2.3 Определение финансовой реализуемости проекта

5.2.4 Расчёт чистого дисконтированного дохода

5.2.5 Определение точки безубыточности проекта

5.2.6 Определение рентабельности капитальных вложений

5.2.7 Эффективность проекта

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Введение

6.1.1 Важность вопросов охраны труда и защиты от чрезвычайных ситуаций

6.1.2 Цель раздела "Безопасность жизнедеятельности"

6.1.3 Краткая характеристика предприятия

6.2 Безопасность проекта

6.3 Анализ травматизма на предприятии

6.2.1 Состояние воздуха рабочей зоны

6.2.2 Освещённость

6.2.3 Шум

6.2.4 Вибрация

6.2.5 Энергетические воздействия

6.2.6 Электробезопасность

6.2.7 Эргономичность рабочего места

6.2.8 Таблица "Класс условий труда на рабочем месте по факторам производственной среды и трудового процесса"

6.4 Чрезвычайные ситуации (ЧС)

6.4.1 Пожарная безопасность

7. Природопользование и охрана окружающей среды

7.1 Введение

7.1.1 Санитарное благоустройство

7.1.2 Цель раздела "Природопользование и охрана окружающей среды" дипломного проекта

7.1.3 Краткая характеристика предприятия

7.2 Оценка влияния деятельности предприятия на окружающую среду

7.3 Организационные и технические мероприятия на предприятии, осуществляемые в целях охраны окружающей среды

7.3.3 Влияние модернизации привода перемещения каретки манипулятора защитной трубы МНЛЗ на обеспечение экологического благополучия работников и населения

7.3.4 Предложения по снижению вредного воздействия производства на окружающую среду

Заключение

Список использованных источников

Введение

В последние десятилетия развитие чёрной металлургии в мире характеризуется заменой устаревшего мартеновского производства стали на кислородно-конвертерное и электропечное, внедрением внепечной обработки жидкой стали для получения заготовок.

Эти современные технологические процессы позволяют резко повысить производительность труда металлургов, расширить сортамент производимых сталей, улучшить качество металла и снизить его себестоимость.

Исключительно высокие темпы развития получило непрерывное литьё стали, благодаря которому появилась возможность организовать непрерывный, высокопроизводительный процесс производства литых заготовок по профилю и размерам пригодных для непосредственного использования их на сортовых или листовых прокатных станах. При этом экономится большое количество энергии, улучшается качество заготовок и, что особенно важно, значительно повышается выход годного металла из жидкой стали.

Машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) расположена на участке разливки стали. Принцип непрерывной разливки заключается в том, что жидкую сталь из ковша заливают в интенсивно охлаждаемую сквозную форму прямоугольного или квадратного сечения - кристаллизатор, где происходит частичное затвердевание непрерывно вытягиваемого слитка, дальнейшее его затвердевание происходит при прохождении зоны вторичного охлаждения. Процесс непрерывного литья позволяет получать заготовки для прокатных станов (после резки), также его можно совместить с прокаткой в одном агрегате. Основные преимущества непрерывного литья по сравнению с разливкой стали в изложницы заключается в следующем: отпадает необходимость в большом парке изложниц и сталеразливочных тележек, в применении стрипперных кранов и стационарных машин для извлечения слитков из изложниц, установок для охлаждения и подготовки составов с изложницами под разливку и т.д. Кроме того, увеличивается выход годного металла, так как усадочная раковина на весь непрерывный слиток только одна, в то время как при литье в изложницы на каждом слитке имеется усадочная раковина. Процесс непрерывного литья поддаётся полной автоматизации.

На современных МНЛЗ, несмотря на их высокую производительность, каждый узел нуждается в постоянной модернизации. Исходя из этого было принято решение модернизировать механизмы передвижения каретки и вращения стрелы манипулятора защитной трубы.

1. Технологическая часть

1.1 Описание технологического процесса цеха

Работа МНЛЗ (рис. 1) происходит следующим образом. Для подготовки к литью качающийся рольганг 13 из горизонтального положения переводят в верхнее наклонное и цепным механизмом затравку 15 подают на рольганг задающей машины 14. Перемещают машину к кристаллизатору и вводят в него затравку, одновременно вращая ролики приводной проводки 8. Головку затравки устанавливают так, чтобы она образовала временное дно у кристаллизатора. Ковш 2 со сталью после продувки аргоном устанавливают краном на сталеразливочный стенд 1. Промежуточный ковш 3, предварительно нагретый на стенде газовыми горелками, перемещают в рабочее положение над кристаллизаторами по пути, перпендикулярному оси МНЛЗ. Поворотом несущей балки сталеразливочного стенда ковш с металлом переводят из резервного положения в рабочее над промежуточным ковшом. На этом этапе между стальковшом и промежуточном ковшом с помощью специального манипулятора устанавливается защитная труба, которая стыкуется с коллектором шиберного затвора стальковша. Установка трубы служит для защиты стали от вторичного окисления на этом участке движения, а также для предотвращения попадания шлаков с поверхности промковша в его жидкую ванну.

Далее открывают шиберный затвор сталеразливочного ковша, предварительно подсоединив защитную трубу, и заполняют промежуточный ковш металлом на определённую высоту. В случае отсутствия истечения стали из сталеразливочного ковша производят прожигание канала шиберного затвора кислородом.

После этого открывают затворы промежуточного ковша и наполняют кристаллизаторы металлом до рабочего уровня. Включают механизмы качания 6 кристаллизаторов и приводы роликовых проводок. Начинается процесс литья в два ручья машины.

Рисунок 1 - Радиальная духручьевая слябовая МНЛЗ: (1 - сталеразливочный стенд; 2 - сталеразливочный ковш; 3 - промежуточный ковш; 4 - тележка самоходная; 5 - кристаллизатор; 6 - механизм качания кристаллизатора; 7 - неприводная роликовая проводка; 8 - десятироликовая приводная секция; 9 - система криволинейных направляющих; 10 - радиальный участок; 11 - тянуще-правильная машина; 12 - приёмный рольганг; 13 - качающийся рольганг; 14 - машина для ввода в кристаллизатор заправки; 15 - затравка; 16 - машина газовой резки).

О количестве металла, находящегося в сталеразливочном и промежуточном ковшах, судят по показаниям приборов электронных весоизмерительных систем, которыми оборудованы сталеразливочный стенд и тележка промежуточного ковша. После выхода затравки из роликовой проводки она отсоединяется от слитка гидравлическим механизмом и по качающемуся рольгангу, находящемуся в нижнем наклонном положении, перемещается вверх. После этого рольганг с затравкой переводят в горизонтальное положение до следующего цикла литья.

На пути движения в роликовой проводке слиток подвергается интенсивному охлаждению водой, подаваемой форсунками. Правка слитка производится на горизонтальном участке роликовых секций. Непрерывно вытягиваемый слиток поступает к машине газовой резки 16, которая режет слиток на мерные длины, двигаясь вместе с ним. Заготовки снимают с рольганга уборочным краном и складируют в штабеля.

1.1.1 Подготовка кристаллизатора к разливке

Для стабильной работы МНЛЗ и получения качественной непрерывнолитой заготовки особо тщательное внимание уделяют подготовке кристаллизатора к работе.

Для этого производят вначале визуальный осмотр внутренней полости кристаллизатора и при наличии на его стенках остатков шлака, металла, шлаковой смеси производят их очистку. При этом избегают попадания таких остатков на детали роликовой проводки и зоны вторичного охлаждения (ЗВО). Если на рабочей поверхности имеются заусеницы, задиры или царапины, их необходимо зачищать.

Не допускаются к работе кристаллизаторы с покоробленными стенками, с зазорами между плитами выше допустимых, при наличии течи воды в их рабочую полость, засорении каналов для охлаждающей воды, с нарушением конусности рабочего пространства.

После подачи воды в кристаллизатор и проверки отсутствия его подтекания в рабочую полость вводится затравка, предварительно очищенная от продуктов предыдущей плавки. Затравку устанавливают, как правило, несколько выше середины высоты кристаллизатора, соблюдая при этом постоянный зазор между ней и рабочими стенками. Далее производится уплотнение зазора, чаще всего, с помощью асбестовых шнуров. Для ускорения затвердевания первых порций металла на затравку задаётся некоторое количество твёрдого металла с близким к отливаемому химическим составом в виде сечки, пластин, прутков и т.п. Часто для облегчения запуска ручья на затравку задают некоторое количество штатной шлаковой смеси.

1.1.2 Запуск ручья и начало разливки

После заполнения промежуточного ковша металлом до нужной высоты производят подачу металла в кристаллизатор. При наличии на промежуточном ковше нескольких ручьёв запуск их начинают последовательно с крайних. Это объясняется тем, что в дальних торцах промковша металл более холодный, чем в зоне подачи струи. Перепад температуры может достигать 30-40 ?С. Поэтому, если при запуске открывать вначале центральные ручьи, в промежуточном ковше возникают застойные зоны, температура металла в которых ещё более понизится и вероятность замораживания сталевыпускных отверстий значительно возрастёт. В этом случае (на практике) производят прожигание замороженного в отверстиях металла с помощью кислорода, подаваемого через кислородные трубки.

При заполнении кристаллизатора для обеспечения ускоренного затвердевания металла на его поверхность задаются инокуляторы (охладители) в виде металлической сечки. По достижении уровня металла в кристаллизаторе 100-200 мм от его верхнего среза включаются механизм движения затравки и ручей считается запущенным.

Затравка отделяется от заготовки по выходе из тянуще-правильных устройств и переводится в резервное положение, а передний конец заготовки отрезается и убирается в металлоотходы.

Скорость разливки в дальнейшем определяется температурой металла в ковше и условиями охлаждения заготовки в ЗВО.

1.1.3 Температурный режим разливки

Согласно литературным данным, можно сформулировать следующие основные показатели требуемого температурного режима охлаждения заготовки:

- температура поверхности заготовки должна снижаться в зоне вторичного охлаждения непрерывно вплоть до момента окончания затвердевания с целью снижения до минимума растягивающих напряжений во внутренних слоях (разогрев заготовки на каких-либо участках допускается не выше, чем на 50 градусов);

- температура поверхности в конце ЗВО должна быть не ниже 1073 К, но и не выше 1223 К (практика зарубежных исследователей показывает, что для МНЛЗ криволинейного типа следует рекомендовать поддерживать температуру поверхности заготовок в конце ЗВО не ниже 1170 К);

- распределение температуры по периметру заготовки должно быть равномерным;

- недопустимы резкие изменения в интенсивности теплоотвода при выходе слитка из кристаллизатора в ЗВО.

Для обеспечения выполнения вышеуказанных условий непрерывной разливки следует решить задачу определения рационального распределения плотности орошения по периметру заготовки, её длине, расходов охлаждающих агентов и конструктивных особенностей устройств для их подачи. При этом показатели рационального режима вторичного охлаждения должны быть согласованы с другими показателями процесса разливки - со скоростью вытягивания заготовки, температурой жидкой стали при разливке, химическим составом стали, конструктивными особенностями МНЛЗ.

1.1.4 Защита металла от вторичного окисления

Основными источниками дополнительного загрязнения металла неметаллическими включениями может служить вторичное окисление стали при её движении от сталеразливочного ковша до кристаллизатора, а также огнеупорные и вспомогательные материалы, с которыми сталь вступает в контакт в процессе движения. Источники загрязнения стали неметаллическими включениями делят на следующие группы:

- не всплывшие в шлак неметаллические включения, являющиеся продуктами реакций раскисления стали;

- мелкие частицы шлака, которые вовлекаются в металл в результате турбулентного перемешивания струи с жидкой ванной металла и покрывающего его шлака;

- продукты разрушения огнеупоров при контакте с металлом и шлаком;

- продукты прожигания канала шиберного затвора кислородом;

- вторичное окисление стали в ходе технологических переливов.

Наибольшее значение имеют следующие процессы:

- вторичное окисление стали в начале процесса непрерывной разливки стали;

- реакции с футеровкой промковша и покровным шлаком;

- потоки в промковше и всплытие включений;

- перетекание эмульгированного шлака из ковша в промковш с последними порциями металла;

- способы раннего обнаружения попадания шлака в ковш;

- зарастание погружных стаканов;

- распределение неметаллических включений в заготовках в радиальных и криволинейных МНЛЗ.

В начале разливки заполнение промежуточного ковша происходит при открытом зеркале металла вплоть до засыпки теплоизолирующей смеси.

Весь этот период металл активно контактирует с окружающей атмосферой. По некоторым данным, в первые 5-6 минут разливки содержание кислорода в стали в 3-4 раза выше, чем при установившемся процессе разливки.

Особо следует выделить загрязнение стали в ходе технологических переливов. Шлаковые включения могут попасть в сталь при внедрении струи, вытекающей из сталеразливочного ковша, в жидкую ванну промковша. Оценка результатов разливки металла из большегрузных ковшей показала, что в промковш попадает 50-100 кг шлака. При разливке длинными сериями его количество в промковше может достичь многих сотен килограммов.

Чтобы предотвратить эмульгирование шлака с металлом, на практике используют разливку с помощью защитной трубы, которая подаёт сталь под уровень шлака. В этом случае целесообразно использовать автоматическую систему раннего обнаружения шлака, позволяющую своевременно прекратить истечение металла из пустого сталеразливочного ковша. При отсутствии такой системы часть цикла разливки (замена одного ковша на другой) происходит без защитной трубы из-за необходимости визуальной индикации появления в струе металла шлака.

В ходе экспериментов на ряде металлургических заводов было установлено, что защитная труба не только осуществляет подвод стали под уровень металла в промковше, но и способствует:

- повышению качества стали благодаря уменьшению вторичного окисления между сталеразливочным и промежуточным ковшами;

- снижению турбулизации металла у его поверхности и предотвращению вовлечения в жидкую ванну частиц покровного шлака;

- уменьшению вероятности формирования настылей в промковше, а также скорости изнашивания футеровки в зоне падения струи;

- повышению безопасности работы, поскольку исключается разбрызгивание металла в процессе разливки;

- снижению потерь тепла в ходе разливки.

Эффективность защиты стали от вторичного окисления во многом зависит от плотности стыка между коллектором сталеразливочного ковша и защитной трубой. Чтобы уменьшить подсос кислорода воздуха в стыке между коллектором и погружной трубой рекомендуется постоянный обдув этого места аргоном.

1.2 Технологические расчёты

1.2.1 Расчёт производительности МНЛЗ

Расчёт выполнен в соответствии с методикой [3]. Производительность МНЛЗ определяется по формуле

,

где А -- производительность конвертерного цеха,

В -- общее количество МНЛЗ.

Кислородно-конвертерный цех работает по системе: два конвертера в работе, один в резерве. Ритм подачи ковшей в отделение непрерывной разливки стали составит ф_р = 36/2 = 18 мин. Тогда производительность конвертерного цеха по жидкой стали будет равна

т.

Время паузы между отдельными плавками или сериями плавок необходимо для подготовки MHJI3 без изменения размера заготовки. Подготовка машины складывается из следующих операций: опорожнение промежуточного ковша, перестановка в резервную позицию и передача ковша на обработку и ремонт; вывод слитка из каждого ручья; очистка стенок кристаллизатора и его осмотр; осмотр основных узлов и очистка их от грязи и окалины; проверка, чистка и замена форсунок ЗВО; ввод затравки в каждый ручей МНЛЗ и уплотнение головок затравок относительно стенок кристаллизаторов; установка промежуточного ковша, проверка стопоров и разливочных стаканов; установка сталеразливочного ковша в рабочее положение, установка защитных труб и стаканов для разливки металла под уровень; открытие стакана сталеразливочного ковша и наполнение металлом промежуточного ковша. Ряд операций по подготовке установок к плавке производится одновременно, поэтому продолжительность паузы между сериями составляет обычно около 60 мин.

Продолжительность разливки одного ковша определяется сечением заготовки, маркой стали, типом машины и может быть определена по формуле:

,

где M - масса металла в ковше, кг;

N - количество ручьёв, N = 4;

v - скорость разливки (вытягивания) заготовки, м/мин;

q = а·b·с -- масса 1 м (погонного) заготовки, кг;

а и b - толщина и ширина заготовки;

р -- плотность стали, кг/м²;

ц₂ = 0,9 - коэффициент, учитывающий потери времени (задержки) при разливке. Коэффициент задержки разливки зависит от числа ручьёв машины и вычисляется по формуле:

ц₂ = 0,95 - 0,025п_р = 0,95 - 0,025Ч4 = 0,85.

q = 250Ч1200Ч7810 = 2343 кг.

Продолжительность разливки не должно превышать максимально допустимого времени разливки из сталеразливочного ковша. Максимально допустимая продолжительность разливки, обусловленная тепловыми потерями для ковшей различной вместимости определяется по табл. 1.1:

Таблица 1.1 - Максимально допустимая продолжительность разливки

Вместимость ковша, т	50	100	160	200	300	400
Допустимая продолжительность разливки, мин	60	75	85	90	110	120

Это обусловлено тепловыми потерями ковшей.

Скорость разливки зависит от целого ряда факторов: сечение, марка, тип УНРС и влияет на производительность, качество, массу оборудования, стоимость MHЛ3.

Предварительная оценка скорости может быть определена по формуле:

v = k (1 + b / а) / b,

где к - коэффициент, зависящий от марки стали и назначения готовой продукции; при отливке прямоугольной заготовки с большим отклонением сторон (слябов) к =0,18 ч 0,30; при отливке квадратной или близкой к ней типа заготовок (блюм, сорт) к = 0,11ч 0,14.

Рекомендуемые скорости разливки для блюмов и слябов приведены в таблицах 1.2 и 1.3.

Таблица 1.2 - Скорости разливки блюмовой продукции

аЧb, мм2	80Ч80	100Ч100	125Ч125	150Ч150	200Ч200
v,мин	2,75-3,5	2,2-2,8	1,8-2,3	1,5-1,9	1,1 - 1,4
аЧb, мм2	250Ч250	250Ч320	250Ч360	300Ч400	300Ч450
v,мин	0,9-1,12	0,8-1,1	0,75-0,95	0,65-0,8	0,6-0,78

Таблица 1.3 - Скорости разливки слябовой продукции

аЧb, мм2	150Ч(700-1500)	200Ч(700-2000)	250Ч(1000-2800)	300Ч(700-1600)
v,мин	1,6-1,8	1,5-1,8	1,3-1,6	1,1-1,4

Тогда

мин.

Полученное значение не превышает допустимого времени разливки. Принимаем продолжительность разливки ф₁ = 36 мин. Кратность разливки ф₁/ ф_р составит 36/18 = 2; скорость разливки v = 1,6 м/мин.

Пропускная способность (мощность) МНЛЗ при разливки стали сериями по четыре плавки составит:

т.

Количество работающих МНЛЗ

.

Количество МНЛЗ, находящихся в резерве:

В₂ = Т · В₁/365,

где Т -- продолжительность всех видов ремонтов, сут.: Т=70-75 сут.

В₂ = 70 · 3/365 = 0,58

Принимаем В₂ = 1.

Общее количество МНЛЗ составит: В = В₁ + В₂ = 3+1 = 4.

Производительность установленной МНЛЗ

т/год.

2. Конструкторская часть

2.1 Описание конструкции манипулятора защитной трубы

Принцип действия

Манипулятор защитной трубы предназначен для установки, удержания, замены и транспортирования корундографитовой (кварцевой) защитной трубы во время разливки стали на МНЛЗ. Манипулятор прижимает защитную трубу к стакану коллектору шиберного затвора стальковша и может сопровождать ковш при его движении в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Манипулятор расположен на съёмном плитном настиле разливочной площадки по оси МНЛЗ, перед промежуточным ковшом.

Рисунок 2.1 - Манипулятор защитной трубы: 1 - площадка в сборе; 2 - устройство для установки защитной трубы; 3 - привод манипулятора; 4 -кронштейн поворотный

Манипулятор защитной трубы (рис. 2.1) состоит из четырёх основных частей: площадка в сборе 1; устройство для установки защитной трубы 2; привод манипулятора 3; кронштейн поворотный 4.

Площадка в сборе (рис. 2.2) представляет собой двухуровневую сборную металлоконструкцию, установленную на платики плитного настила, два из которых имеют штыри для фиксации площадки.

Нижний уровень «Этаж нижний» является базовым, выполнен в виде сварной фермы с настилом в верхней части, который имеет: шесть опор, из них две передние снабжены пазами для фиксации площадки на плитном настиле при помощи штырей; лестницу, к нижней части которой приварена площадка для установки шкафа управления; откидную площадку, для вспомогательных работ. В средней части конструкции находится площадка с ограждением и дверями для размещения насосной станции манипулятора.

Верхний уровень является рабочим местом оператора стальковша и на нём находится основное оборудование и расходные материалы, необходимые для работы. Уровень выполнен в виде П - образной сборной металлоконструкции состоящей из двух боковых стенок в верхней части связанных рамой болтовым соединением.

Рисунок 2.2 - Площадка в сборе

Стенки представляют собой сварные фермы, в верхних частях которых имеются обработанные фланцы с зубцами для установки горизонтальных направляющих каретки манипулятора. Так же на стенках предусмотрены места для монтажа: постов управления, клемных коробок, кронштейнов привода манипулятора, направляющей кабель-канала (энергоподвод). Для соединения с другими частями площадки в верхней и нижней части стенок приварены фланцы.

Рама - сварная металлоконструкция, является связующим элементом, и выполняет роль крыши, защищает оператора от падающих частей футеровки и брызг металла из стальковша. Так же к раме прикреплена вертикальная направляющая каретки манипулятора.

Направляющие на боковых стенках представляют собой сварной швеллер с обработанными дорожками качения. На внешней стороне направляющей выполнены пазы, с помощью которых она сопрягается с зубцами на стенках. К стенке направляющая притянута болтовым соединением.

Верхний и нижний уровень собраны между собой болтовым соединением.

Устройство для установки защитной трубы представляет собой механизм с большим числом степеней свободы, установленный на каретке двигающейся в направляющих площадки (рис. 2.3).

Каретка 1 представляет собой сварную металлоконструкцию с консолью, конец которой заканчивается фланцем, и захватом для сцепки с приводом манипулятора. К каретке прикреплён кронштейн, который служит площадкой для установки гидроблока и электрооборудования, так же к нему подсоединена цепь энергоподвода (кабель - канал). В расточки каретки запрессованы оси, на которые установлены ходовые колёса. Направляющие ролики, прикреплённые винтами к каретке, обеспечивают прямолинейность движения манипулятора по горизонтальным направляющим площадки.



Рисунок 2.3 - Устройство для установки защитной трубы:

1 - каретка; 2 - стрела; 3 - механизм перемещения каретки; 4 - механизм вращения стрелы

На полуоси прикреплённой к фланцу консоли каретки, на подшипниках качения установлено водило. Водило имеет жёсткие упоры, ограничивающие его поворот вокруг полуоси в горизонтальной плоскости в диапазоне 80?, так же предусмотрены отверстия для фиксации от поворота при помощи штыря.

Кронштейн шарнирно, на подшипниках качения, соединен с водилом и служит опорой для стрелы и гидроцилиндра механизма подъёма (прижатия) защитной трубы. Стрела шарнирно связана с штоком гидроцилиндра. Проушины на штоке и корпусе гидроцилиндра снабжены шарнирными подшипниками скольжения.

Стрела (рис. 2.4) состоит из неподвижной части - гильзы 1, которая шарнирно соединена с гидроцилиндром 2 и кронштейном 6 и вращающейся внутри неё на подшипниках скольжения 3, сборной консоли 4. Сборная консоль состоит из трёх частей, стянутых между собой болтовым соединением: консоли, трубы и кронштейна. На кронштейн установлен ухват 5, шарнирно соединённый с корзиной 8 защитной трубы 7. Ухват зафиксирован относительно кронштейна клиновым соединением. На гильзе смонтирован червячный редуктор 9, предназначенный для вращения консоли (защитной трубы) вокруг оси стрелы. Ограничения вращения консоли стрелы нет. К основанию редуктора прикреплён штурвал 10, с помощью которого оператор может управлять движением манипулятора во время стыковки защитной трубы со стаканом коллектором шиберного затвора стальковша. Так же на штурвале располагается кнопочный пост управления механизмами манипулятора (привод передвижения каретки, гидропривод прижатия защитной трубы, привод вращения стрелы).

Привод манипулятора (привод передвижения каретки) служит для перемещения его из резервной позиции в рабочую и обратно. Привод устанавливается на кронштейны, прикреплённые к стенке, верхнего уровня площадки манипулятора и представляет собой цепную передачу с передаточным отношением равным единице. На цепи закреплён захват. Захват состоит из двух реек стянутых болтовым соединением, охватывающих цепь. Зубья реек входят в зацепления со звеньями цепи, передавая тянущие усилие на захват. Одна из реек снабжена проушиной, с которой при помощи оси - фиксатора соединяется захват каретки манипулятора. При движении цепи и установленного на ней захвата происходит движение каретки манипулятора. Ведущая звёздочка установлена на подшипниках качения в расточках на балке и соединена с червячным мотор-редуктором втулочно-пальцевой муфтой. Натяжная звёздочка с подшипниками качения установлена на оси вилки, перемещающейся в пазах балки при помощи винтового механизма.

Управление приводом манипулятора осуществляется от кнопочного поста расположенного на штурвале манипулятора или от ящика управления перемещением каретки расположенного на верхнем уровне площадки манипулятора рядом с лестницей. При работе от поста управления движение каретки происходит при нажатии и удержании кнопки («Вперёд», «Назад»). В случае работы от ящика управления необходимо предварительно зафиксировать штырями все подвижные, шарнирно соединённые, части манипулятора, для предотвращения самопроизвольного движения во время пуска и остановки, при этом управление движением (набор, снижение скорости и остановка) каретки осуществляется от бесконтактных выключателей.

Рисунок 2.4 - Стрела: 1 - гильза; 2 - гидроцилиндр; 3 - подшипники скольжения; 4 - сборная консоль; 5 - ухват; 6 - кронштейн; 7 - защитная труба; 8 - корзина; 9 - редуктор; 10 - штурвал

Подводы кабелей электропитания к площадке манипулятора выполнены с помощью кронштейна поворотного (рис. 5), на концах которого закреплены металлорукава с электрическими разъёмами. Устройство представляет собой кронштейн, шарнирно соединённый с опорой, которая прикреплена винтами к закладной плите, приваренной к металлоконструкциям поста управления МНЛЗ. Кронштейн выполнен в виде фермы, к нижней части которой приварены трубы для прокладки электрических кабелей. Трубы с обоих концов заканчиваются фланцами, к которым прикрепляются крышки с резьбовыми отверстиями под кабельный ввод металлорукава. Электрические разъёмы поворотного кронштейна соединены с соответствующими разъёмами на ящике расположенном на верхнем уровне площадки манипулятора рядом с лестницей.



Рисунок 2.5 - Кронштейн поворотный

Работа манипулятора защитной трубы осуществляется в следующем порядке. Исходное положение - манипулятор находится в резервном положении. Нажимается кнопка на пульте «ОПУСТИТЬ» и при помощи гидроцилиндра плечо стрелы с корзиной переводится в нижнее положение. Разливщик в ручную заводит трубу в корзину (защитные трубы находятся на свободном месте настила верхнего уровня площадки манипулятора). Далее нажимается кнопка «ПОДНЯТЬ» и труба опорным пояском устанавливается в корзине. Оператор вручную с помощью быстроразъёмного соединения подключает защитную трубу к трубопроводу подачи аргона.

При необходимости труба разворачивается в горизонтальное положение при помощи привода вращения стрелы, если ковш находится в нижнем положении или расстояния между стальковшом и промковшом недостаточно для установки трубы в вертикальном положении. Сталеразливочный ковш, установленный на стенд, поднимается в крайнее верхнее положение. С пульта РМС открывается шиберный затвор и промывается выпускное отверстие, при необходимости, прожигается пробка. При стабильном истечении металла, шибер закрывается. На посте управления расположенном на штурвале или на ящике управления перемещением каретки нажимается кнопка «ВПЕРЕД» и манипулятор при помощи цепного электромеханического привода перемещается по направляющим в рабочую позицию. При помощи кнопок «ПОДНЯТЬ», «ОПУСТИТЬ» и ручного кривошипного механизма подачи, защитная труба центрируется и стыкуется со стаканом коллектором шиберного затвора. После нажатия кнопки «УДЕРЖАНИЕ» защитная труба с усилием прижимается к стакану коллектору. Оператор настраивает расход аргона при помощи вентиля и расходомера для предотвращения вторичного окисления металла. Сталеразливочный ковш опускается в рабочую позицию. Открывается шиберный затвор, начинается заполнение промковша. При всех штатных перемещениях стальковша, в процессе разливки, кинематика манипулятора автоматически отслеживает положение стакана-коллектора, что исключает раскрытие стыка. При аварийных ситуациях возможно управление механизмом прижатия защитной трубы от ручных кранов расположенных на гидроблоке управления (каретка манипулятора).

При поворотах стенда разливочного работа манипулятора (защитная труба прижата к стакану коллектору шиберного затвора) допускается в пределах поперечной части промковша. При больших углах поворота стенда разливочного защитная труба (стрела манипулятора) автоматически опускается, если этого не было сделано ранее оператором. Предельные углы поворота стенда с прижатой защитной трубой уточняются во время монтажа. Механизм передвижения каретки манипулятора работает только при снятом давлении в гидроцилиндре.

Для замены отработавшей трубы шиберный затвор закрывают и стальковш переводят в верхнее положение. Закрывают подачу аргона. Нажатием кнопки «ОПУСТИТЬ» трубу отсоединяют от стакана коллектора (если необходимо трубу переводят в горизонтальное положение) и кнопкой «НАЗАД» перемещают манипулятор в резервное положение. Отсоединяют подвод аргона. Разворачивают стрелу, пока труба не выпадет из корзины на настил площадки манипулятора. Далее защитная труба удалятся в мусорную ёмкость. При удалении защитной трубы необходимо соблюдать меры безопасности, так как труба раскалена до температуры около 1500?С.

Для наблюдения за уровнем металла в промковше, измерения его температуры и взятия проб металла используется откидная площадка.

2.2 Литературный и патентный обзор

В ходе литературного и патентного обзора рассмотрены принципиальные схемы манипуляторов, их достоинства и недостатки.

Установка и быстрая замена погружных стаканов в случае необходимости (разливка большими сериями) осуществляется с помощью стационарных или передвижных устройств (манипуляторов).

На рис. 6, а представлена конструкция стационарного манипулятора для установки на сталеразливочный ковш и удержания в процессе непрерывной разливки защитного огнеупорного стакана, экранирующего струю стали, истекающую в промежуточный ковш. Он состоит из подвижной каретки 10, перемещающейся вдоль вертикальной колонны 8 с помощью гидроцилиндра 9, консольной штанги 4 с вилкой 2 и приемным кольцом 3 для погружного стакана. При включении гидроцилиндра 9 каретка 10 с помощью роликов 1 перемещается вверх по рельсам 7 коробки 6 прямоугольного сечения и консольная штанга 4 с погружным стаканом прижимается снизу к стакану-коллектору шиберного затвора разливочного ковша. Консольная штанга 4 соединена с кареткой 10 шарнирно, что позволяет ей свободно перемещаться в горизонтальной плоскости вместе с подвижной обоймой затвора, а также при подведении стакана вручную с помощью ручек 11. Во время опускания разливочного ковша консольная штанга 4 поворачивается вокруг горизонтальной оси 5, а срабатывающий при этом конечный выключатель открывает клапан сброса давления в гидроцилиндре 9, в результате чего происходит автоматическое опускание каретки 10 и выравнивание штанги 4 в горизонтальном положении.

Для замены погружного стакана, используемого при подаче стали ниже уровня металла в кристаллизаторе слябовой МНЛЗ, применяют стационарные или установленные на тележки манипуляторы, обеспечивающие смену огнеупорного защитного элемента без подъёма промежуточного ковша. На рис. 6, б показана схема пневматического манипулятора, разработанного сотрудниками Донецкого национального технического университета. Он включает установленную на монтажной плите 9 поворотную колонну 7, несущую консольную штангу 4, которая может поворачиваться в вертикальной плоскости с помощью пневмоцилиндра 8. Штанга снабжена вилкой, в ней на цапфах размещена гильза 2 для стакана 1. Гильза посредством тяги 3 и двуплечего рычага б с помощью второго пневмоцилиндра 5 может поворачиваться в вертикальной плоскости относительно консольной штанги на угол 90°, т.е. занимать горизонтальное положение. Продолжительность замены погружного стакана с помощью данного манипулятора 10-15 с, что позволяет успешно его применять при разливке стали методом “плавка на плавку”.

Манипулятор фирмы "Concast", изготовленный для слябовой МНЛЗ №6 ОАО "ОЭМК" (Оскольский электрометаллургический комбинат) представлен на рисунке 2.7. Манипулятор установлен стационарно на стойке 3 и состоит из стрелы 1, шарнирно закреплённой на кривошипном механизме 2. Для прижатия трубы к стакану шиберного затвора предусмотрен противовес 4. Данный манипулятор неудобен тем, что в процессе эксплуатации оператору часто приходится менять сменные грузы противовеса, что усложняет управление манипулятором в целом.

В патенте США № 4313596 приводится стационарный манипулятор с подвижной корзиной (рисунок 2.8). Устройство состоит из гидравлического механизма подъёма 1, которое осуществляет подъём и опускание стрелы 2; рычажного механизма наклона трубы 3 и стойки 4. Преимущество такой схемы заключается в отсутствии механизма вращения стрелы. На практике манипуляторы данного типа использовались недолго.



Рисунок 2.6 - Конструкции манипуляторов защитной трубы: а - стационарный манипулятор: 1 - ролики, 2 - вилка, 3 - приёмное кольцо, 4 - консоль, 5 -ось, 6 - коробка, 7 - рельс, 8 - колонна, 9 - гидроцилиндр, 10 - каретка, 11 - ручки; б - пневмонический манипулятор для слябовой МНЛЗ: 1 - стакан, 2 - гильза, 3 - тяга, 4 - штанга, 5 - пневмоцилиндр, 6 - рычаг, 7 - колонна, 8 - пневмоцилиндр, 9 - монтажная плита; в - схема гидравлического манипулятора фирмы "Интерстоп": 1 - держатель, 2 - консоль, 3 - стойка, 4 - тяга, 5 - кронштейн, 6 - платформа, 7 - каретка

Причиной отказа от манипуляторов с механизмом наклона трубы стал быстрый выход из строя основных узлов механизма наклона: в процессе разливки металла связующие элементы рычажного механизма на корзине стрелы забрызгивало жидким металлом, после чего механизм заклинивал и в результате чего приходил в негодность.



Рисунок 2.7 - Стационарный манипулятор фирмы "Concast"(Швейцария): 1 - стрела; 2 - водило; 3 - стойка; 4 - сменные грузы (противовес)

Рисунок 2.8 - Манипулятор с рычажным механизмом наклона защитной трубы: 1 - механизм подъёма стрелы; 2 - стрела; 3 - рычажный механизм наклона защитной трубы; 4 - стойка

В рассмотренных схемах устройств манипулятора защитной трубы, большая часть схем принадлежит стационарным манипуляторам. В нашем случае такая схема не применима, поскольку для его разворота требуется большая площадь, которую не обеспечивает компоновка устройств для ввода затравок. Поэтому предпочтительнее схема, в которой для замены защитной трубы и её позиционирования применяется передвижной манипулятор на каретке, а подъём (прижатие) и опускание защитной трубы осуществляется с помощью гидропривода.

2.3 Модернизация узлов машины

2.3.1 Механизм вращения стрелы

Для своевременной установки и замены защитной трубы, манипулятор должен быть оснащён механизмом вращения стрелы. В существующей конструкции для этой цели предусматривался червячный редуктор ЧФ-100М, привод которого осуществлялся оператором стальковша вручную, через рукоятку. Такой привод удобен для точного позиционирования, но неэффективен для быстрой замены трубы. Кроме того, такой привод усложняет эргономику манипулятора: одновременное вращение стрелы манипулятора, повороты в горизонтальной плоскости и перемещения каретки становятся затруднительными; ручной труд (вращение рукоятки редуктора) ухудшают условия труда оператора стальковша; вращение стрелы от ящика управления исключается.

Чтобы устранить эти недостатки было предложено заменить ручной привод стрелы на электромеханический. Для этого червячный редуктор был заменён на планетарный мотор-редуктор (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 - Модернизация привода вращения стрелы: а - проектный вариант (планетарный мотор-редуктор); б - базовый вариант (червячный редуктор с ручным вращением входного вала)

Преимущества предлагаемого привода:

- появляется возможность управления манипулятором (при зафиксированном положении стрелы) от ящика управления;

- исключается ручной труд, что способствует улучшению условий труда для оператора стальковша;

- улучшается эргономика и манёвренность манипулятора (становится возможным одновременное вращение стрелы, поворот, наклон и перемещение каретки).

2.3.2 Механизм перемещения каретки

Конструктивная схема манипулятора, имеющего каретку, обусловлена компоновочной схемой МНЛЗ №4. Поскольку машина непрерывного литья заготовок двухручьевая, то в её конструкции имеются два кристаллизатора, в которые вводят затравки. Ввод затравки в кристаллизатор сверху осуществляется машинами для ввода затравки в кристаллизатор. Габаритные размеры этих машин таковы, что установка стационарного манипулятора не представляется возможным, в результате чего была избрана компоновочная схема манипулятора, в котором замена защитной трубы осуществляется перемещением стрелы при помощи каретки.

В базовом варианте перемещение каретки осуществлялось при помощи цепного привода на роликовой однорядной цепи. Недостатками цепного привода с роликовой цепью являются:

- необходимость частого смазывания цепи;

- необходимость периодического натяжения и регулировании цепи;

- быстрая изнашиваемость компонентов цепного привода.

Одним из самых слабых мест цепного привода является износ цепи, приводящий к растяжению или вытяжке цепи. Производители рекомендуют заменять роликовую цепь при растяжении порядка 3%. Большинство производителей роликовых цепей также рекомендуют заменять каждый раз звёздочки вместе с цепью, так как контакт металл-металл приводит к сильному износу звёздочек. Кроме того, цепной привод - источник шума.

Предлагаемая модернизация привода заключается в реконструкции цепного привода на реечный привод (рисунок 2.10).

Рисунок 2.10 - Модернизация привода перемещения каретки: а - базовый вариант; б - после модернизации

3. Расчётная часть

3.1 Расчёт нагрузок и мощности привода вращения стрелы

Исходные данные:

Частота вращения стрелы, об/мин3,5

Общий вес стрелы (с установленной защитной трубой), Н1686

3.1.1 Расчёт требуемой мощности привода

, кВт,

где Т_вых - момент на выходном валу редуктора, Н·м;

n_вых - частота вращения на выходном валу редуктора, об/мин; n_вых = 3,5 об/мин;

- общий КПД привода. Предварительно примем = 0,94

Момент на выходном валу редуктора определим по формуле

, НЧм,

где F_t - усилие, необходимое для преодоления сил сопротивления перемещению консоли стрелы с установленной защитной трубой, Н;

R - расстояние от приложенной нагрузки до оси стрелы, м. R = 0,65м.

, Н,

где f =0,4 - коэффициент трения;

F_n - усилие от веса стрелы с установленной на ней защитной трубой.

F_t = 0,4·1687,6 = 675,04Н

Т_вых = 675,04·0,65 = 438,78 Н·м.

Окончательно найдём необходимую мощность электродвигателя

Для обеспечения компактности привода и низкого уровня шума работы был выбран планетарный мотор-редуктор, конструкция которого обеспечивает соосность электродвигателя, редуктора и стрелы.

По каталогу мотор-редукторов НПО "Гидромаш-1" выберем планетарный трёхступенчатый мотор-редуктор 3МП-50 с исполнением на фланце (рисунок 3.1):

Мощность двигателя, кВт 0,18

Частота вращения выходного вала, об/мин 3,55

Крутящий момент на выходном валу, Н·м 459

КПД редукторной части 0,96

Рисунок 3.1 - Мотор-редуктор 3МП-50

3.2 Расчёт мощности привода перемещения каретки[10, 12]

Исходные данные:

- Скорость передвижения каретки, м/с 0,5

- Масса перемещаемых компонентов, кг1700

- Диаметр приводного колеса, мм270

Максимальную мощность привода определим по скорости передвижения каретки и сопротивлению передвижения каретки [10]

, кВт,

где V - скорость перемещения каретки, м/с;

W - сопротивление передвижению каретки, Н;

з - коэффициент полезного действия (КПД) всего привода. Предварительно примем з = 0,85.

Полное сопротивление передвижению каретки будет определяться суммой

, [12]

где W_тр - сопротивление, создаваемое силами трения, Н;

W_ин - сопротивление, создаваемое силами инерции вращающихся масс и поступательно движущихся масс каретки, Н.

Сопротивление, создаваемое силами трения определим по формуле

, Н,

где G - вес каретки и манипулятора, Н;

м - коэффициент трения качения колеса по рельсу (для плоского рельса м=0,3);

f - приведённый коэффициент скольжения в подшипниках колёс ( f =0,015);

d_ц - диаметр цапфы колеса, мм;

D - диаметр колеса, мм;

k_доп - коэффициент, учитывающий сопротивление трения качения опорных роликов; k_доп = 2,5.

Тогда сопротивление, создаваемое силами трения, будет равно

Н

Сопротивление, создаваемое силами инерции вращающихся масс и поступательно движущихся масс каретки определим по формуле

, Н,

где д - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей механизма (при скорости передвижения меньше 1 м/с можно принимать д = 1,25; больше 1м/с - д = 1,15 [12])

m_пост - масса поступательно движущегося объекта (каретки), кг;

а - ускорение при разгоне, м/с².

Значение а предварительно можно принять равным а = (0,5...1,0)[а], где [а] - допускаемое ускорение, м/с². Поскольку грузоподъёмность каретки составляет 1,7...5 т, то из таблицы 2.16 [12] значение [а] = 0,5 м/с². Тогда а = (0,5...1,0)0,5 = 0,5 м/с². Сопротивление инерций будет равным

Н

Окончательно определим полное сопротивление передвижению каретки

Н

Максимальная мощность двигателя

.

По найденной мощности предварительно выбираем серию мотор-редукторов фирмы SEW-EURODRIVE с номинальной мощностью N = 0,75 кВт серий К..DR/DT/DV. Для выбора самого мотор-редуктора, необходимо определить частоту вращения выходного вала редуктора и его крутящий момент.

Для определения частоты вращения выходного вала мотор-редуктора воспользуемся формулой определения скорости передвижения зубчатой рейки

, (3.1)

где m - модуль шестерни реечной передачи, мм;

z - число зубьев шестерни;

n - частота вращения шестерни (выходного вала редуктора), об/мин.

Поскольку mz=d (d - делительный диаметр шестерни), изходя из компоновки привода выберем d = 140 мм. Из формулы (3.1) определим требуемую частоту вращения выходного вала мотор-редуктора

Необходимый крутящий момент редуктора будет равен

М_кр = Р·r = 1308·0,07 = 91,56 Н·м

Полученным значениям удовлетворяет мотор-редуктор фирмы "SEW-EURODRIVE" серии K37DT80N4 со следующими характеристиками:

Мощность двигателя N = 0,75 кВт;

Частота вращения выходного вала редуктора n = 68 мин ^-1;

Номинальный крутящий момент на выходном валу редуктора М = 105 Н*м;

Масса мотор-редуктора m = 21 кг.

3.3 Расчёт реечной передачи

Поскольку выбран делительный диаметр шестерни, необходимо определить модуль и число зубьев шестерни.

Выберем модуль m = 5 мм, тогда число зубьев шестерни z = d/m = 140/5 = 28.

Расчёт передачи на прочность

Проверка зубьев шестерни по напряжениям изгиба производится по уравнению (для прямозубой передачи)

, МПа

где Р - окружное усилие на реечном колесе, кг;

k - коэффициент нагрузки;

г - коэффициент, учитывающий влияние износа зубьев на изгибную прочность, г = 2,0 (при 30% допускаемом износе)

y - коэффициент формы зуба, принимается по табл. 3.7 в зависимости от эквивалентного числа зубьев:

Тогда y = 0,395 (табл. 3.7, [11]);

b - ширина шестерни (рейки); рекомендуется принимать b = (2ч10)m; тогда b = 50 мм. Ширина зубчатого венца колеса b_w = b - 5 = 50-5=45 мм.

Окружное усилие Р = 526,81Н;

Зубчатая рейка изготовлена из марки стали 15, предел выносливости которой у_-1 = 176МПа.

При работе двумя сторонами зуба (реверсивная передача) допускаемые напряжения определяются формулой

, МПа

где [n] - коэффициент безопасности. Для кованых, нормализованных или улучшенных колёс [n] ? 1,8 [источник];

k₀ - эффективный коэффициент концентрации напряжений у корня зуба. Для стальных, улучшенных и нормализованных колёс k₀ ? 1,8 [источник].

Тогда

При симметричном расположении зубчатого колеса относительно опор значение k = 1,5.

Условие прочности выполняется.

3.4 Прочностные расчёты основных узлов и деталей машин

Расчёт на прочность опорной оси гидроцилиндра [2]

Максимальное усилие прижатия трубы 5880Н (заданное значение). Чтобы определить силу F_ц , с которой гидроцилиндр действует на ось, построим схему нагрузок на стрелу (рисунок 3.2).

 ;

Реакцию R₂ определим, как силу, равной силе прижатия трубы

Н

Тогда сила F_ц будет равна

Поскольку расстояния от крайних опор до точки приложения силы F_ц равны (рисунок 3.3), то реакции опор R₁ и R₂ будут равными

Рисунок 3.2 - Схема нагрузок, действующих на стрелу

R₁ = 1/2F_ц = 0,5Ч40100 = 20050Н,

R₂ = 1/2F_ц = 0,5Ч40100 = 20050Н.

Изгибающий момент М₃ в сечении 3 будет равен

М₃ = 20050Ч70 = 1403500 Н•м

Диаметр оси определяется по формуле

,

где [у_и] - допускаемое напряжение на изгиб (табл. 1 [2])

М_и - изгибающий момент в опасном сечении.

Рисунок 3.3 - Эпюра изгибающих моментов

Поскольку ось посажена во внутреннее кольцо сферического подшипника проушины гидроцилиндра, то примем [у_и] = 120 МПа [2].

Тогда диаметр оси будет равен

мм.

Полученное значение округлим до ближайшего большего стандартного d = 50 мм. Расчёт на прочность оси каретки [2].

1. Определение опорных реакций (рис. 14)

кН,

Реакцию второй опоры определим из условия

R₁ - F + R₂ = 0, следовательно R₁ = F - R₂ = 14,7 - 13,31 = 1,39 кН

2. Построение эпюр изгибающих моментов.

Изгибающие моменты в сечении 3:

M₃ = L₁·R₁ = 2,68·1,39 = 3,725 кН·м.

Изгибающий момент в сечении А:

М_А = L₂·R₁ = 2,28·1,39 = 3,17 кН·м.

3. Выбор опасного сечения

Опасными сечениями являются сечение 3, где действует максимальный изгибающий момент, и сечение А, в котором имеется концентратор напряжения - ступенчаты переход.



Рисунок 3.4 - Эпюры нагрузок и изгибающих моментов

4. Расчёт оси на статическую прочность

Элементы оси изготовлены из стали Ст.5. [у]_и = 125МПа

Проверочный расчёт оси на статическую прочность выполняется по формуле:

,

где М_и - изгибающий момент в опасном сечении;

d - диаметр оси в опасном сечении;

5. Расчёт прочности в опасном сечении А [2].

Поскольку ось имеет сечение в виде трубы, то для опасного сечения А диаметр оси будет определён разностью наружного и внутреннего диаметра трубы d = D - d_в. Тогда предел прочности на изгиб будет равен

6. Расчёт прочности в опасном сечении 3 [2].

Условия прочности в обоих сечениях выполняются. Следовательно, геометрические параметры оси выбраны верно.

3.5 Расчёты унифицированных деталей и узлов машины

Расчёт шпоночного соединения вала мотор-редуктора со стрелой манипулятора [7]

Для соединения вала с деталями, передающими вращение, широкое применение находят призматические шпонки. Длину шпонки назначают из стандартного ряда, принимая её на 5...10 мм меньше длины ступицы. Размеры шпонки в поперечном сечении, а также размеры шпоночных пазов на валу и в ступице определяются диаметром вала (ГОСТ 23360-78).

Расчёт призматических шпонок выполняется как проверочный на смятие по формуле

,

где Т - крутящий момент на участке вала со шпоночным пазом, Н·м;

h - высота шпонки; t₁ - глубина паза на валу; l_р - рабочая длина шпонки; [у_cм] - допускаемое напряжение смятия.

Для шпонок со скруглёнными торцами

l_p = l - b,

где l - длина шпонки, b - ширина шпонки.

l_p = 100 - 14 =86 мм.

Для стальных ступиц при реверсивном приводе [у_cм] = 120 МПа.