|
|
|
|
|
|
52-104 Дж
|
0-26 Дж
|
67Дж
|
43-103 Дж
|
Как итог, определим работу, отдаваемую электродвигателем за цикл
одиночного хода:
(30)
где
- работа на разгон ведомых частей при включении муфты;
-
работа на трение между дисками муфты, - КПД передач от главного вала к
двигателю: = = 0,96; - КПД передачи от вала муфты к валу двигателя. Из
таблицы 4 примем .
пресс кривошипный схема
3.1.3 Выбор мощности электродвигателя и определение
конструктивных параметров маховика
Время цикла определяют по формуле:
(31)
где
- номинальная частота хода ползуна в минуту; р - коэффициент использования
номинального числа ходов
Определяют номинальную мощность электродвигателя по средней мощности за
цикл, предварительно выбрав тип электродвигателя.
Номинальная мощность определяется по формуле:
(32)
где
KN =1,5 - коэффициент запаса, выбираемый исходя из
величины номинального скольжения Sн=0,03
принимаемого предварительно в зависимости от фактического числа ходов пресса
[1].
Выбираем
асинхронный трёхфазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором 5А80МА6, nэдв=930 об/мин номинальной мощностью 0,75 кВт.
Момент
инерции маховика определяется по формуле:
где
коэффициент, показывающий, какую часть во время работы хода выполняет маховик;
При
последовательных ходах
При
работе на одиночных ходах
коэффициент
неравномерности,
где
величина упругого скольжения клиноременной передачи при номинальной нагрузке в
среднем ; - коэффициент, учитывающий относительные потери холостого хода [1].
По
динамическому моменту инерции маховика определим его конструктивные размеры:
Радиус
маховика:
где
относительная ширина маховика: относительная высота обода маховика: удельный
вес материала маховика, 7500Н/м3; ускорение свободного падения;
коэффициент запаса;
Проверка
на допускаемую окружную скорость по соотношению:
где
наружный диаметр маховика; допускаемая окружная скорость на ободе маховика; для
чугунных маховиков [4].
Условие
выполняется.
3.2 Расчет клиноременной передачи
Клиноременная передача обладает рядом преимуществ, которые определяют
область ее использования. К ним относится:
а) небольшие осевые расстояния между валами;
б) увеличенный диапазон передаточных отношений;
в) большая тяговая способность и безопасность при обрыве ремня;
г) меньшие силы натяжения ремня.
Проскальзывание в ременной передаче при холостом ходе и нагрузках
оказывает благоприятное влияние на работу электродвигателя, так как за счет
дополнительного скольжения уменьшается момент инерции маховика, а при
значительных перегрузках в некоторой степени это является его своеобразной
защитой. Вместе с тем проскальзывание приводит к снижению КПД передачи и
интенсивному износу ремней.
Клиноременные передачи кривошипных машин характеризуются широкими
пределами измерения:
Передаваемых мощностей (от нескольких киловатт до 400 кВт);
Передаточных чисел (2 - 7);
Окружных скоростей (6 - 35 м/с);
Числа ремней (2 - 12) и других параметров.
В отечественных машинах используют сплошные бесконечные корд- тканевые
ремни с сечениями А - Е0 по ГОСТ 1284.1 - 89.
Клиноременная
передача передает крутящий момент с вала электродвигателя на большой шкив
диаметром , который обычно у прессов является маховиком. Размеры маховика
определяются при выборе электродвигателя.
Зная
передаточное отношение клиноременной передачи (=3,5), можно вычислить диаметр
малого шкива:
(38)
Принятое
передаточное отношение: Uкл =7,75.
Передаваемая
мощность: Р = 0,75 кВт.
Частота
вращения малого шкива: n =930 об/мин.
Диаметр
малого шкива: = 132 мм
Высота
сечения выбранного ремня: h = 11 мм
Диаметр
большого шкива: = 1020 мм
Выберем
клиноременную передачу с сечением ремня B(Б).
Окружная
скорость ремня:
(39)
Расчетное
межосевое расстояние:
(40)
Расчетная
длина ремня:
(41)
Стандартная
длина ремня равна 3550 мм.
Уточненное
межосевое расстояние:
(42)
(44)
Угол
обхвата:
(45)
Передаваемая
одним ремнем мощность:
(46)
где
Ср=1,2 - коэффициент динамичности режима работы; СL=1,09 -
коэффициент, учитывающий влияние длины ремня; Сi=1,14 -
коэффициент передаточного отношения; Са=0,82 - коэффициент, учитывающий влияние
угла обхвата; =0,66 кВт - номинальная мощность, передаваемая одним ремнем.
Число
ремней:
(47)
где
Сz= 0,95 - коэффициент, учитывающий число ремней.
Следовательно,
для нормальной работы клиноременной передачи потребуется 3 ремней типа А.
4. Расчет и проектирование узлов системы включения
4.1 Расчет и проектирование тормоза
Для данного пресса будет рассматриваться ленточный тормоз, представленный
на рисунке 13.
Рисунок 13 - Ленточный тормоз.
Тормоз состоит из: 1 - тормозного барабана; 2 - ленты; 3 - кронштейна; 4
- корпуса; 5 - пружины; 6 - штока; 7 - поршня; 8 - регулировочной втулки; 9 -
гайки.
Усилие сбегающей ленты рассчитаем по формуле[1]:
где
Iир -
приведенный к валу тормоза момент инерции исполнительного механизма и части
привода между главным валом и валом маховика, (где
Imax - расчетный момент инерции маховика, приведенный к
валу тормоза; для прессов без зубчатого привода значение коэффициента - 0,05);
ωт -
угловая скорость вала тормоза;
α0 - угол
обхвата барабана лентой, рад; α0 = 2,1 рад;
f = 0,42 -
коэффициент трения;
Dб - диаметр барабана тормоза, обычно принимают Dб = (2,5 - 3,0)·dт (dт -
диаметр вала тормоза);
φт -
приведенный к валу тормоза угол торможения главного вала, рад; в нашем
случае φт = φ0 (φ0 - угол
торможения главного вала, φ0 =
0,17…0,52).[1]
Dб = 2,75 ·
0,065 = 0,18 м,
Сила
пружины тормоза:
Из
опыта проектирования тормозов известно:
Рабочая
деформация пружины:
, (54)
где
Δ
= 1,5-2,0 мм - величина отхода ленты от
поверхности тормозного барабана, примем Δ = 2,0 мм.
мм.
Требуемая
жесткость пружины:
По
значению силы пружины при максимальной деформации выбираем пружину № 227 по
ГОСТ 13768-86 [1].
Количество
рабочих витков:
Примем n = 5.
Полное
количество витков:
Предварительная деформация:
Рабочая деформация:
Максимальная деформация:
Шаг пружины в ненагруженном состоянии:
Высота пружины при максимальной деформации:
где n3 - число зашлифованных витков, n3 = 0,7 - 0,8.
Высота пружины в свободном состоянии:
Длину развернутой пружины находим по формуле:
где
средний диаметр пружины.
Материал пружины: т. к. пружина I класса 3 разряда (ГОСТ 13768-86), выберем сталь 60С2А (ГОСТ 14959-79).
Диаметр поршня силового цилиндра:
где
рабочее давление воздуха, МПа.
Принимаем
Тормозная лента изготавливается из стали 45 толщиной 1-2 мм. Со стороны
тормозного барабана на стальную ленту прикрепляется фрикционная прокладка из
композитного материала 143-63. Накладка проверяется по удельному усилию:
где B - ширина тормозного шкива, В =
(0,3…0,4)Dб, примем:
В = 0,35 · Dб = 0,35 · 180 = 62,7 мм, примем
65 мм.
допускаемое
удельное усилие.
Условие
выполняется.
.2 Расчет и проектирование фрикционной многодисковой муфты
Рисунок 14 - Многодисковая фрикционная муфта.
Муфта состоит из:
· Ступицы 1;
· Ведомых дисков 2;
· Ведущих дисков 3, 4;
· Корпуса 5;
· Ведомого диска 5;
· Крышки 6;
· Упорного кольца 7;
· Поршня 8;
· Пружин 9.
В данной муфте будем использовать вставки из ретинакса.
Выберем модель муфты:
Расчетный крутящий момент, передаваемый муфтой, равен [1]:
где
коэффициент запаса; максимальный крутящий момент, передаточное отношение между валом муфты и главным валом;
КПД части привода от вала муфты до главного вала .
Так
как муфта располагается на главном валу, то
Выбираем
муфту У1639 с передаваемым моментом
Рассчитаем параметры фрикционных элементов:
Условие равновесия расчетного крутящего момента и момента трения:
где
удельное усилие на фрикционных накладках; коэффициент трения пары трения
«фрикционный материал-сталь»; наружный и внутренний диаметры фрикционных
прокладок, количество пар трения [1].
Удельное
усилие на фрикционных накладках можно найти по формуле:
Для устойчивой и долговечной работы муфты должно соблюдаться условие:
где
минимальное допускаемое удельное усилие, МПа;максимальное допускаемое удельное
усилие, МПа [1].
Условие
выполняется.
После
выключения пневмораспределителя поршень пневмоцилиндра возвращается в исходное
положение с помощью отводных пружин, деформированных до силы Суммарному усилию
соответствует давление воздуха в пневмоцилиндре в начальный момент перемещения
поршня. В результате имеет место мгновенное равновесие сил:
Отсюда
где
количество отводных пружин муфты; давление воздуха в пневмоцилиндре в начальный
момент перемещения поршня в исходное положение при выключении муфты; наружный и
внутренний диаметры поршня пневмоцилиндра.
Так
как частота одиночных включений в минуту , то
где
рабочее давление воздуха в пневмоцилиндре муфты.
Для нормальной работы муфты рабочее давление воздуха должно находиться в
пределах от 0,35 до 0,55 МПа [1]. Условие выполняется.
Силы предельного деформирования:
Рабочая
деформация пружины [2]. Другие параметры пружины определяются в следующей
последовательности:
)
Вычисляется требуемая жесткость пружины:
Выбираем
пружину по ГОСТ . Пружина
)
Для выбранной пружины подсчитывают:
Количество рабочих витков:
Принимаем
Полное количество витков рассчитаем по формуле:
Предварительная деформация равна:
Рабочую деформацию находим следующим образом:
Максимальная деформация может быть найдена как следующее отношение:
Шаг пружины в ненагруженном состоянии найдём по формуле:
Высота пружины при максимальной деформации равна:
где
число заштрихованных витков.
Высоту
пружины в свободном состоянии рассчитываем как:
Длину
развернутой пружины находим по формуле:
где
средний диаметр пружины.
Материал
пружины: т. к. пружина I класса 3 разряда (ГОСТ ), выбираем сталь 60С2А (ГОСТ
).
.3 Расчет уравновешивателя ползуна
Уравновешиватели применяют для предотвращения опускания ползуна в случае
неисправности тормоза, а также для более плавной работы привода и снижения
энергозатрат на холостой ход ползуна. Наличие уравновешивателя обеспечивает
постоянную одностороннюю выборку зазоров, что, в свою очередь, приводит к более
равномерному ходу.
Исходными данными для расчета являются:
· число ходов
в минуту;
· ход ползуна
пресса S, мм;
· вес ползуна
пресса с подвижными частями, эксцентриковым валом и верхним штампом, Н;
· число
цилиндров уравновешивателей;
· число
уравновешивающих пружин;
· Расчетное
давление в ресивере цилиндров уравновешивателей [2];
Составляющая от инерционных усилий, действующих на ползун:
где
радиус кривошипа, м; относительная длина шатуна .
Примем
давление в ресивере цилиндров уравновешивателя p = 0,3 МПа;
количество цилиндров i = 2, диаметр штока dшт = 0,02 м. Тогда диаметр цилиндра [4]:
Длина
цилиндра уравновешивателя [4]:
Объем
ресивера воздуха [4]:
4.4 Расчет шатуна
Шатун является ответственным элементом пресса, посредством которого
осуществляется передача усилия со стороны ползуна на главный вал. Шатуны бывают
разъемными и неразъемными. Расчет шатунов сводится к проверке на сжатие и
изгиб. Эскиз шатуна представлен на рисунке 15.
Рисунок 15 - Эскиз и расчетная модель шатуна.
Для
шатуна , площадь поперечного сечения
Сжимающие
напряжения:
Кроме
сжимающих нагрузок шатун воспринимает и изгибающий момент, который складывается
из момента от сил трения и изгибающего момента [2]:
где
радиусы шарниров, м; расстояние от оси малой головки до опасного сечения; длина
шатуна; коэффициент трения.
Напряжение
изгиба:
Где
момент сопротивления изгибу опасного сечения шатуна.
Результирующее
напряжение в сечении:
Для
шатунов универсальных прессов шатун изготавливают из стали 45 . Допускаемое
напряжение для Стали 45 составляет [σ] = 250 МПа [2]. Условие выполняется
Также
необходимо провести проверку удельного усилия на опорных поверхностях [2].
Эквивалентное удельное усилие:
Для
верхней опоры:
Для
нижней опоры:
5. Техника безопасности
5.1 Общие требования безопасности
Конструкцией прессов должно быть исключено возникновение для работающих
опасных ситуаций и несчастных случаев во время всего срока службы, включая
эксплуатацию, наладку, технологическое обслуживание, ремонт, монтаж и демонтаж.
В конструкции пресса должны быть исключены ошибки соединения и подключения при
монтаже узлов и элементов, которые могут стать источником опасности.
Конструкцией пресса должно быть предусмотрено рациональное использование
принципов эргономики и средств индивидуальной защиты с целью сокращения до
минимума утомляемости, психологической (стресс) и физической нагрузок
работающих [5].
.2 Системы управления и командные устройства
Конструкциями систем управления должно быть обеспечено безопасное
функционирование и надежность прессов, исключен риск возникновения опасных и
аварийных ситуаций при соблюдении правил безопасной работы.
Прессы должны быть оснащены двуручной или педальной системами управления.
Системы включения должны быть сблокированы таким образом, чтобы при
нахождении одной из систем в рабочем состоянии была бы исключена возможность
управления прессом от другой системы.
При необходимости применения средств для дублирования и контроля системы
управления муфтой/тормозом они должны соответствовать следующим требованиям:
§ на прессе должны быть установлены или, по меньшей мере, два одиночных
распределителя, или сдвоенный одиночный распределитель, которые непосредственно
управляют подачей воздуха к муфте и тормозу, или эквивалентное устройство в
случае другого вида привода;
§ соленоиды распределителя должны быть соединены со схемой управления
посредством отдельного монтажа таким образом, чтобы одиночное повреждение в
монтаже не могло активизировать оба соленоида;
§ короткое замыкание между электрическими соединениями распределителя
должно быть обнаружено автоматически и не должно вести к дополнительному или
непредвиденному движению ползуна;
§ контроль должен проводиться с частотой, по меньшей мере, один раз за
цикл и должен гарантировать, что в случае отказа внутри распределителя произойдет
расцепление муфты и торможение;
§ восстановить дальнейшую работу пресса возможно только с помощью
применения ограниченных средств, например инструмента, ключа или электронного
пароля.
Системой управления пресса должна быть исключена возможность включения
хода ползуна в режиме «наладка» от педали. Движение рабочего органа в режиме
«Наладка» должно происходить только во время нажатия на соответствующую кнопку;
прекращение нажатие должно вызывать останов рабочего органа в любом
промежуточном положении [5].
.3 Требования к конструкции прессов и их элементов
Механические прессы разделяются по размерам от малых быстроходных прессов
с одним оператором, изготовляющих малые детали, до огромных, сравнительно
тихоходных прессов с несколькими операторами и большими сложными деталями [5].
По своей конструкции прессы квалифицируются на:
· Прессы с муфтами частичного оборота
· Прессы с муфтами полного оборота
Прессы следует оснащать устройствами включения и торможения,
обеспечивающими:
§ Остановку рабочего органа в любом промежуточном положении рабочего хода
§ Возврат рабочего органа в исходное положение из любого промежуточного
положения
.4 Требования к муфте и тормозу
Давление воздуха или жидкости не должно использоваться для включения
тормоза и включения муфты. Конструкцией муфты и тормоза должно быть
гарантировано, что в случае падения давления воздуха или жидкости сомкнутость
тормоза выдерживает, а муфта расцеплена [5].
Конструкцией должно быть гарантировано, что:
· Пружины, используемые для приведения в действии тормоза или
размыкания муфты, являются пружинами сжатия.
· Используются сборки нескольких пружин, равных по размерам,
качеству и усилию.
· Средства монтажа пружин таковы, что когда они отрегулированы,
они должны быть заблокированы, чтобы предотвратить отпускание.
· Тормоз должен функционировать, если 50% пружин выйдет из
строя.
Крутящий момент муфты должен обеспечивать рабочий цикл без излишнего
подъема температуры. Конструкцией муфты должно быть исключено накопление
продуктов износа, полученных с фрикционных поверхностей, в местах, где они
могут стать причиной неэффективной работы муфты [5].
5.5 Требования к предохранительным и блокировочным
устройствам
Защитные устройства, устанавливаемые на прессе, должны находиться на
достаточном расстоянии от опасной зоны, чтобы обеспечить эффективную защиту
работающего, а также безопасное наблюдение за циклом обработки. Защитные
устройства не должны становиться источником дополнительных опасностей,
ограничивать технологические возможности прессов и вызывать неудобства при их
эксплуатации и наладке [5].
Прессы следует оснащать защитными устройствами опасной зоны (рабочего
органа и штамповой зоны, куда входит инструмент и связанная с ним площадь:
подушки подвижного штампа и выталкиватели заготовки), исключающими
травмирование рук оператора. Допускается не оснащать прессы такими защитными
устройствами, когда загрузка заготовок и выгрузка изделий проводятся с помощью
клещей, пинцетов и иных приспособлений или конструкция штампа исключает
нахождение рук оператора в опасной зоне [5].
Защитные устройства штамповой зоны не предусматриваются на прессах для
горячей штамповки и обрезки, на которых технологические операции (загрузка
заготовок, перекладка полуфабриката, удаление поковок, подача технологической
смазки и т.д.) осуществляются с помощью манипуляторов или приспособлений
(клещей, державок и т.п.), исключающих введение рук оператора в опасную зону
[5].
В зависимости от режима работы для защиты работающего применяют следующие
устройства и методы защиты:
§ штампы закрытого типа;
§ неподвижные охватывающие ограждения;
§ блокирующие ограждения с устройствами запирания;
§ управляемые ограждения с устройствами запирания;
§ преждевременно открываемые блокирующие ограждения;
§ электрочувствительные защитные системы с активными оптоэлектронными
защитными устройствами;
§ устройства двуручного управления;
§ устройства управления с удержанием нажатия и медленная скорость смыкания
(менее 10 мм/с), главным образом для наладки.
.6 Требования к смазочной системе, системе охлаждения,
гидросистеме и пневмосистеме
КПО должно оснащаться централизованной смазочной системой. Если
применение централизованной системы нецелесообразно, допускается применение
индивидуальной смазочной системы. Точки индивидуальной смазки должны
располагаться в безопасных зонах, в местах удобных для обслуживания с пола или
площадок. Они должны быть маркированы и окрашены отличительным цветом
(например, желтым) [5].
Для контроля давления в гидро - и пневмосистемах необходимо устанавливать
манометры в местах, удобных для наблюдения. На всех манометрах следует нанести
красную черту по давлению, соответствующему максимально и минимально
допустимому рабочему давлению [5].
Трубопроводы гидравлических, пневматических и охлаждающих систем,
прокладываемые по полу в местах необходимого при обслуживании машины прохода
людей, должны располагаться в канавках, проложенных по полу и перекрытых
прочным нескользким настилом (например, рифленым). При необходимости прокладки
трубопроводов в этих местах выше уровня пола расстояние от уровня пола до
поверхности трубопровода и поддерживающих конструкций должно быть не менее 2000
мм [5].
5.7 Требования к местному освещению
КПО должно быть снабжено пристроенными или встроенными устройствами
местного освещения рабочей зоны. В устройствах пристроенного типа должна быть
предусмотрена возможность удобной, надежной установки и фиксация светильников в
требуемых положениях. Допускается не снабжать КПО устройствами местного
освещения в случаях, когда по условиям работы КПО не требуется дополнительного
освещения рабочей зоны (прессы гидравлические ковочные и кривошипные
горячештамповочные, молоты, машины листогибочные валковые и с поворотной
гибочной балкой, ножницы дисковые и аллиготранс, машины трубогибочные, машины
однопозиционные для литья под давлением термопластичных и термореактивных
материалов и т.п.) [5].
Заключение
Спроектировали пресс кривошипный горячештамповочный с номинальным усилием
0,16 МН. Выбрана классическая кинематическая схема для КГШП. Был рассчитан
главный вал типа эксцентриковый с диаметром эксцентрика 140 мм. Построен график
максимальной нагрузки на ползун, по деформации вала. Вал проверен с помощью
статического расчета компьютерного моделирования.
Рассчитан главный привод пресса, который включил в себя энергетический
расчет с последующим выбором электродвигателя типа 5А80МА6 с номинальной
мощностью 0.75 кВт и частотой вращения 930 об/мин. Выбраны геометрические
параметры муфты. Расчет передач зубчатой и клиноременной.
Построен график допускаемого усилия на ползун по прочности зубчатого
колеса. Выбраны ремни типа А 3 шт. Рассчитаны узлы системы включения:
фрикционный тормоз, фрикционная муфта с пневматическим управлением. Включили в
себя выбор диаметров фрикционного материала, расчет пружин, пневмоцилиндров.
Были сделаны чертежи главных видов пресса и чертеж «ползун-шатун»
Литература
1. Расчет деталей и узлов кривошипных прессов: Учеб.
Пособие/ В.А. Вагин, В.П. Егоров, В.С. Мамутов, А.М. Шелестеев;
Санкт-Петербург, гоо. техн. ун-т. СПб., 1992. 120 с.
. Кузнечно-штамповочное оборудование: Учебник для
высших технических учебных заведений/ Л.И. Живов, А.Г. Овчинниов, Е.Н.
Складчиков.; под ред. Л.И. Живова. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. -
560 с.: ил.
. Ю.А.Бочаров. Кузнечно-штамповочное оборудование: Учебник
для машиностроительных вузов/ А.Н.Банкетов, Ю.А.Бочаров, Н.С.Добринский и др.;
Под ред. А.Н.Банкетова, Е.Н.Ланского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:
Машиностроение, 1982. - 576 с., ил.
. Игнатов А.А. Кривошипные горячештамповочные прессы.
М., Машиностоение, 1974
. ГОСТ 12.2.113-2006 Требования к технике
безопасности. Общие требования, Издательство стандартов, 1992.