Параметры грейферного крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Механизация

1.1 Назначение и область применения

Козловой грейферный кран, грузоподъемностью 10 т., предназначен для выгрузки щебня.

Щебень поступает на предприятие по изготовлению железобетонных конструкций по железной дороге в саморазгружающихся полувагонах типа «Гондола», разгружается на эстакаде приемного устройства и из отвалов под эстакадой ленточными конвейерами в цеха.

Кран устанавливается на открытом складе. Диапазон рабочих температур от -40° до +40°С.

Годовой грузопоток щебня на склад - 82500 т.

1.2 Расчет склада

1. Длина фронта разгрузки

где G_м = 330 т. - масса маршрута;

l = 14.4 м - длина вагона;

к_п=3 - коэффициент подачи на разгрузку.

2. Длина постановочного пути:

где L_м=100 м - длина маршрута;

L_p=26,5 м - длина разгрузочного фронта.

3. Количество рабочих и механизмов по обслуживанию вагонов при разгрузке одного маршрута:

где Н_вр=0.0358 чел.·час/т - норма времени для разгрузки на одного грузчика;

Т_н=2 часа - нормативное время разгрузки маршрута;

t_ман=0.25 - время маневра при установке вагонов под разгрузку.

4. Суточный грузооборот по поступлению:

На склад ежедневно поступает:

Неравномерное поступление:

Полный суточный грузооборот будет равен большей удвоенной из двух вычисленных величин, т.е.

5. Среднесписочное число рабочих-грузчиков, работающих на складе в одну смену:



где Q_ср=123т - масса угля ежесуточно прибывающего на склад;

к_пер=1.3 - коэффициент, учитывающий невыходы на работу или по причине отпуска.

принимаем 1 человека в смену.

6. Грузоподъемность бункера:

где к=0,8 - коэффициент заполнения бункера;

г=1,7т/м³ - плотность щебня.

7. Производительность подбункерного устройства (конвейера)

где G_п.у=300т - вместимость приемного устройства

2. Конструкторская часть

2.1 Расчет механизма подъема

Дано: грузоподъёмность;

скорость подъёма;

высота подъёма;

режим нагружения L2 - умеренный;

группа классификации механизма - М6

Выбор каната и барабана

1. Грузоподъёмная сила

,

где - ускорение свободного падения.

Получим:

КПД полиспаста

[4] с. 117

3. Наибольшее натяжение ветви каната, набегающего на барабан

,

где - число полиспастов;

коэффициент загрузки механизма замыкания грейфера;

кратность полиспаста;

Для козлового крана , т.е. оба конца каната закреплены на барабане для строго вертикального подъёма груза выравнивания усилий на опоры барабана.

4. Разрывное усилие каната в целом

,

где =5.6 - минимальный коэффициент использования каната

.

5. Выбор типа каната

Для козлового крана, работающего на открытом воздухе при наличии пыли и влаги, следует выбирать канат типа ГОСТ 2688-80 с малым количеством проволок большого диаметра. Абразивная и коррозионная износостойкость этого каната выше.

По найденному разрывному усилию находим значение диаметра каната по таблице 1 приложения 2 [1] находим значение диаметра каната

.

6. Диаметр барабана

,

где - коэффициент выбора диаметра барабана [1]

7. Длина барабана с двусторонней нарезкой

,

где - коэффициент длины средней (не нарезанной) части барабана,

- высота подъёма.

,

Принимаем

8. Проверка размеров барабана по условиям

,

9. Угловая скорость барабана

,

где - скорость подъёма

.

Выбор электродвигателя

1. Статическая мощность электродвигателя

,

где - предварительное значение КПД (для механизма подъёма с цилиндрическим редуктором).

,

По приложению 1 выбираем ПВ=40% и мощности , электродвигатель серии 4MTF. Технические данные двигателей принимаем приложению 4 [1].

4МТF(H) 225М6 (Р=37 кВт, р=6, m=420 кг, n=965 об/мин,

l₃₀-l₁=960-140=820 мм, d₁₁₌435 мм.

где () - длина двигателя без посадочной части вала, мм.

2. Угловая скорость двигателя

,

Выбор редуктора

1. Расчет редуктора по радиальной консольной нагрузке

,

где - действующая радиальная (консольная) нагрузка. Полагаем, что наибольшее усилие от левой ветви каната, набегающей на барабан, Fa действует на консоль выходного вала редуктора. То же, от правой ветви каната действует на опору справа от барабана;

F_y - допускаемая радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора по каталогу (приложение 3) [1].

Выберем редуктор Ц2-500.

2. Передаточное число редуктора

,

Определим расчетное передаточное число редуктора, формула (11), и округлим его до номинального значения по каталогу, (прилож. 3) [1].

3. Грузовой момент на барабане

,

где - число полиспастов.

4. Проверка редуктора по грузовому моменту

Условие прочности:

,

где - допускаемый крутящий момент на валу редуктора.

Выбор тормоза

1. Статический момент на входном валу редуктора при торможении

,

где - КПД механизма, который можно принять равным КПД редуктора,

2. Тормозной момент, на который регулируют тормоз

,

где - коэффициент запаса торможения =1.5

Выбираем тормоз ТКГ-300 с тормозным моментом Т_max=300Нм приложение 3 [1], масса 55 кг, L=772 мм.

Компоновка механизма

1. Условие соседства электродвигателя и барабана

,

где - суммарное межосевое расстояние редуктора,

- габаритный размер электродвигателя,

- размер от оси вращения барабана до наружного конца шпильки крепления каната

2. Условие соседства тормоза и барабана

,

где - модуль зубчатого венца;- число зубьев венца по справочнику (приложение 3) [1];

- размер от оси вращения барабана до крайней точки зубчатой ступицы,

- диаметр тормозного шкива;

- размер от оси вращения тормозного шкива до наружной поверхности рычага тормоза.

2.2 Расчет грейфера

Дано. Грузоподъемность ; щебень ; угол внутреннего трения ; коэффициент внутреннего трения ; уголь трения о сталь ; коэффициент трения о сталь ; угол естественного откоса ; начальное сопротивление материала сдвигу ; расчетный размер куска ; коэффициент наполнения и уплотнения материала .

Корректирующие коэффициенты: , , , , , .

1. Масса материала:

2. Объем грейфера:

3. Геометрические размеры при закрытом грейфере:

,

,

,

где - ширина челюсти;

- длина челюсти;

- высота челюсти до шарнира тяги;

- коэффициент ширины челюсти;

- коэффициент длины челюсти;

- коэффициент высоты челюсти.

3.1. Хорда челюсти:

- угол наклона к горизонтали хорды челюсти.

3.2. Условный радиус (высота до центрального шарнира) челюсти:

3.3. Условная высота призмы материала:

3.4 Зазор между верхней точкой пизмы и центром шарнира:

3.5 Полная высота закрытого грейфера:

3.6 Расстояние от центрального шарнира челюстей до верхней кромки головки:

3.7 Длина тяг, связывающих головку грейфера с челюстью:

Углы наклона тяг к вертикали закрытого грейфера в плане () и профиле ():

; ;

;

; - конструктивные размеры головки грейфера;

3.8. Радиус поворота (высота) челюсти:

;

где - расстояние от центральной оси грейфера до центра шарнира;

- угол наклона радиуса поворота челюсти закрытого грейфера к вертикали.

3.9. Расстояние между шарнирами (плечо) челюсти:

3.10. Радиус центра тяжести челюсти:

3.11. Толщина ножа челюсти:

3.12. Толщина кромки челюсти:

4. Геометрические размеры при открытом грейфере:

;

;

где ; - координаты центра тяжести челюсти,

; - координаты центра тяжести перегружаемого материала,

- угол между высотой и хордой челюсти у закрытого грейфера,

- угол прямоугольного треугольника, построенного на плече Е, т.е. на прямой, соединяющей оси шарниров челюсти,

- угол между высотой R₀ и плечом Е челюсти,

- угол между хордой М и плечом Е челюсти.

Проверка:

180⁰=180⁰

;

;

.

4.1. При полностью открытом грейфере длина раскрытия:

;

где - полуразмах челюсти.

4.2. Необходимый ход траверсы для полного раскрытия челюстей:

,

.

5. Максимально допустимая по грузоподъемности масса грейфера:

6. Минимально допустимое масса грейфера:

,

где с=1.5 - коэффициент жесткости.

7. Оптимальная величина m_гр находится в границах:

m_грmax>m_гр>m_грmin

8. Масса грейфера:

где к_р=0.8 - коэффициент, учитывающий перенос равнодействующей сил сопротивления на режущую кромку челюсти;

к_ф=2 - коэффициент, учитывающий влияние формы челюстей;

- задний угол челюсти в конечный момент зачерпывания;

- коэффициенты, учитывающие соответственно относительные массы головки, нижней траверсы, тяг и челюстей.

где - угол скольжения материала при зачерпывании.

8.1. Кратность полиспаста:

u=6;

;

где u_п - силовая кратность замыкающего полиспаста;

- КПД блока с подшипниками качения.

8.2. Удельное сопротивление зачерпыванию:

,

где - расчетное среднее заглубление челюсти;

К_пз =0.3 - коэффициент, учитывающий гранулометрический состав материала.

8.3. Сила сопротивления зачерпывания челюстей:

8.4. Сила сопротивления перемещению материала по челюсти и трения по ней:

где - первоначальное заглубление челюсти;

- действительный угол наклона закрытого грейфера;

- коэффициент, учитывающий степень заглубления и физико-механические зачерпываемого материала.

8.5. Обобщенный параметр:

где - обобщенный коэффициент;

- средний задний угол челюсти;

8.6. Аналитические зависимости:

 Т₁=0.295

Т₂=0.3

Т₃=0.1

А₃=0.07

А₄=0.08

А₅=0.15

9. Зачерпывающая способность грейфера по линейной нагрузке на кромке челюсти:

9.1. Наибольшая нагрузка тяги челюстей:

где - усилие на головку грейфера;

- вес зачерпнутого материала.

10. Нагрузка, действующая на нижнюю траверсу грейфера:

11. Вертикальная составляющая реакции в шарнирах челюсти:

12. Горизонтальная составляющая силы сопротивления при зачерпывании:

; ; ;

; ; ;

13. Вертикальная составляющая при зачерпывании:

14. Реакция в шарнире:

15. Общая сила сопротивления:

2.3 Расчет механизма передвижения тележки

Определение предварительной массы тележки

где т_г=10000 кг - масса груза

1. Масса тележки с грузом:

2. Вес тележки:

3. Вес груза:

4. Вес тележки с грузом:

Выбор ходовых колес

1. Максимальная статическая нагрузка на ходовое колесо

где z=4 - количество ходовых колес;

Примем диаметр ходового колеса D_xk=320 мм [3], с. 319, диаметр внутреннего отверстия подшипника d=60 мм. Выбираем рельс Р24 [3], с. 325.

2. Расчет сопротивления передвижению:

Сила сопротивления передвижению тележки с грузом (при отсутствии уклона и ветра)



где µ=0.04 - коэффициент трения колеса по рельсу [4], с. 260

f=0.015 - коэффициент трения качения подшипника буксы [4], с. 259

к_р=2 - коэффициент сопротивления реборды [3], с. 422.

Выбор электродвигателя

1. Мощность электродвигателя:

где V=0.63 м/с - скорость передвижения;

з=0.9 - КПД механизма передвижения;

Выбираем двигатель 4АС90LE6 со встроенным механическим тормозом [5], с. 84, мощность Р_э=1.7кВт, тормозной момент Т_ТЭ=16Нм, частота вращения n_э=930 об/мин, момент инерции J_э=0.0073 кгЧм², пусковой момент Т_п=33Нм.

2. Угловая скорость:

3. Минимальный пусковой момент:

4. Номинальный момент электродвигателя:

Выбор редуктора

1. Угловая скорость ходового колеса:

где V=0.63 м/с - скорость передвижения тележки;

D_хк=0.32 м - диаметр ходового колеса тележки.

2. Передаточное число редуктора:

Выбираем навесной редуктор типа ВКН-420

Проверка двигателя по пусковому моменту

1. Динамический момент сопротивления вращению электродвигателя во время пуска:

где J₁ - момент инерции частей, вращающихся со скоростью вала электродвигателя;

1.2 Момент инерции:

:

где J_э=0.0073 кгЧм² - момент инерции электродвигателя;

J_м=0.025 кгЧм² - момент инерции муфты, выбираем муфту МУВП

J₁=0.0073+0.025=0.032 кгЧм²

1.3. Коэффициент полезного действия механизма:



где з_р=0.96 - КПД редуктора ВКН-420;

з_м=0.98 - КПД муфты МУВП.

1.3. Время пуска и торможения:

где а=0.25 м/с² - допускаемое максимальное значение ускорения и замедления тележки [4], с. 269.

Тогда:

т.е. T_nmin=26.4>22.13=T_Д условие пуска выполняется.

Коэффициент запаса сцепления приводных ходовых колес с рельсом

где F_сц - сила сцепления приводных колес с рельсами;

F_CT - сила статического сопротивления передвижению тележки без груза и без учета трения в подшипниках приводных колес;

F_ДТ - сила динамического сопротивления передвижению тележки без груза;

[к_сц]=1.2 - допускаемое значение коэффициента запаса сцепления [4], с. 266.

где f_сц=0.12 - коэффициент сцепления приводного ходового колеса [4], c. 266.

Z_пр=2 - количество приводных колес.

Тогда:

т.е. запас сцепления при пуске достаточен.

Расчет подшипников ходового колеса

Подшипники качения ходового колеса должны выбираться по статической грузоподъемности или по динамической приведенной нагрузке.

Расчет по динамической приведенной нагрузке:

где F_хк=3200 кг - максимальное давление на колесо;

К_хк=0.75 - коэффициент, учитывающий переменность нагрузки на колесо;

г=0.8 - коэффициент, учитывающий режим работы механизма передвижения.

Расчетный ресурс:

где п_ф - частота вращения ходового колеса,

L_h=3500 - ресурс подшипников зависит от режима работы.

Динамическая грузоподъемность:

где б=3 - показатель степени

Выбираем шариковый радиальный сферический двухрядный подшипник средней серии №3628, его статическая грузоподъемность 2700.

Расчет тормоза

1. Тормозной момент:

где Т_ИН - момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс, приведенных к валу тормоза. Тормоз расположен на валу электродвигателя.

Т_с - статический момент сопротивления движению тележки при торможении.

Тогда:

т.е. встроенный тормоз подходит.

2.4 Расчет механизма передвижения крана

Расчет сопротивления передвижению крана

1. Полное сопротивление движению:

где W_ТР - коэффициент сопротивления трения в ходовых частях, без учета трения торцов и ступиц, Н;

W_УК - сопротивление от уклона подкрановых путей, Н;

W_В =360000Н - сопротивление от действия ветровой нагрузки по паспорту.

1.1 Сопротивление от трения при движении крана:

где µ=0.06 - коэффициент трения колеса по рельсу [4], с. 260

f=0.015 - коэффициент трения качения подшипника буксы [4], с. 259

к_р=2 - коэффициент сопротивления реборды [3], с. 422

Сопротивление от уклона подкрановых путей:

где б=0.002 - коэффициент, учитывающий уклон рельсового пути [4], с. 272

тогда полное сопротивление:

Коэффициент запаса сцепления приводных ходовых колес с рельсом

где F_сц - сила сцепления приводных колес с рельсами;

F_CT - сила статического сопротивления передвижению тележки без груза и без учета трения в подшипниках приводных колес;

F_ДТ - сила динамического сопротивления передвижению тележки без груза;

[к_сц]=1.2 - допускаемое значение коэффициента запаса сцепления [4], с. 266.

где f_сц=0.12 - коэффициент сцепления приводного ходового колеса [4], c. 266.

Z_пр=4 - количество приводных колес.

Тогда:

т.е. запас сцепления при пуске достаточен.

Выбор электродвигателя

1. Мощность электродвигателя:



где V_КР =1.16 м/с - скорость передвижения крана,

з=0.9 - КПД механизма передвижения,

W - полное сопротивление.

Выбираем двигатель МТН411-8 [6], с. 41, мощность Р_э=15 кВт, частота вращения п_э=705 об/мин, максимальный момент М_тах=580 Н·м, маховой момент ротора М_р=2.15 кг·м², масса т=280 кг.

2. Статический момент:

3. Минимальный пусковой момент:

4. Проверка двигателя по условиям пуска:

Условие пуска выполняется.

Выбор редуктора

1. 1. Угловая скорость ходового колеса:



где V=1.16 м/с - скорость передвижения крана;

D_хк=0.56 м - диаметр ходового колеса крана.

2. Передаточное число редуктора:

где щ_э - угловая скорость электродвигателя

отсюда

Выбираем червячный редуктор типа РЦЧ-210, КПД=0.8, передаточное отношение U=20.

Выбор тормоза

Для разрабатываемого крана принимаем тормоз ТГК-160. Тормозной момент Т_Т=100Нм.

где µ=0.06 - коэффициент трения колеса по рельсу [4], с. 260

f=0.015 - коэффициент трения качения подшипника буксы [4], с. 259

к_р=1 - коэффициент сопротивления реборды [3], с. 422

d=15 cм - диаметр подшипникового колеса

1. Суммарное давление ведущих колес на рельсы:

На кране установлено 4 тормоза, по одному на привод.

2. Общий тормозной момент:

3. Усилие тормоза приведенное к валу колес:

3. Металлоконструкция

3.1 Расчет балки

Конструкция сварной балки пролетом l=32 м. Балка нагружена равномерной нагрузкой от собственного веса q=0,35 Т/м и двумя сосредоточенными грузами Р=3,5 Т (от веса тележки с грузом), которые могут перемещаться по балке.

Расстояние между осями тележки d=1,8 м; материал - сталь Ст. 3; допускаемое напряжение [у]_р=16 кГ/мм². Наибольший прогиб балки f от сосредоточенных грузов не должен превышать 1/500 ее пролета.

Конструирование балки следует начать с определения расчетных усилий М и Q.

1. Построим линии влияния моментов, чтобы знать их максимально возможные значения в разных сечениях балки.

В сечении Ордината линии влияния

0,1l M=0,09l=0,09·32=2,88

0,2l M=0,16l=0,16·32=5,12

0,3l M=0,21l=0,21·32=6,72

0,4l M=0,24l=0,24·32=7,68

0,5l M=0,25l=0,25·32=8,00



2. Величина изгибающего момента от сосредоточенных сил:

где у_i - ордината линии влияния;

Р - величина сосредоточенного груза.

В сечении при l=32 м и d=1.8 м



3. Определим изгибающие моменты от равномерно распределенной нагрузки:

В сечениях

4. Вычислим суммарные величины моментов в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки:

Таким образом, расчетной величиной момента для балки является М=97.65 Тм=976500 Нм.

5. Требуемый момент сопротивления балки для этого усилия равен:

6. Производим построение линии влияния поперечной силы:

в сечении х=0, ордината линии влияния Q₀=1;

в сечении х=0.1l, ордината линии влияния Q₀=0.9;

в сечении х=0.2l, ордината линии влияния Q₀=0.8

в сечении х=0.3l, ордината линии влияния Q₀=0.7;

в сечении х=0.4l, ордината линии влияния Q₀=0.6;

в сечении х=0.5l, ордината линии влияния Q₀=0.5;



7. Определим расчетные усилия от сосредоточенных сил в каждом из указанных сечений того, что одна из них располагается над вершиной линии влияния:

В сечении х=0 при l=32 м и d=1.8 м

В сечении х=0.1l

В сечении х=0.2l

В сечении х=0.3l

В сечении х=0.4l

В сечении х=0.5l

8. Поперечные силы Q от собственного веса q равны;

9. Расчетные значения поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок:

10. Требуемая высота балки из условий жесткости:

При этом h=0.053·3200=85.33 см.

11. Толщина вертикального листа:

Примем S_в=8 мм.

12. Требуемая высота из условия наименьшего веса.

[12, c. 311]

Принимаем высоту балки h=175 см

Высота вертикального листа h_в=173 см

13. Момент инерции поперечного сечения сварной балки:

[12, c. 311]

14. Момент инерции подобранного вертикального листа 1730Ч8 мм:

[12, c. 312]

15. Требуемый момент инерции горизонтальных листов балки (поясов):



16. Сечение одного пояса балки:

[12, c. 312]

17. Уточненное значение момента инерции подобранного поперечного сечения балки:

18. Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:

[12, c. 313]

19. Касательное напряжение на уровне центра тяжести балки в опорном ее сечении:

[12, c. 313]

где Q=12403 кГ - расчетная поперечная сила;

S - статический момент половины площади сечения относительно центра тяжести балки.

20. Эквивалентное напряжение:

[12, c. 313]

где у₁ - нормальное напряжение от М;

ф₁ - касательное напряжение от Q;

где S=12.5·1·87=1087.5 - статический момент площади сечения горизонтального листа относительно центра тяжести;

отсюда

21. Вычислим функцию б:

где b - ширина пояса;

s_Г - толщина горизонтального листа;

l₀= 10ч20=1245 см - расстояние между закреплениями.

Зная функцию б по графику [12, с. 315] определяем коэффициент ш=1.73

22. Момент инерции балки:

23. Найдем коэффициент ц:

устойчивость обеспечена

24. Устойчивость вертикального листа:

Привариваем к листу ребра жесткости. Расстояние между ними

Среднее касательное напряжение от поперечной силы:

25. Местное напряжение под сосредоточенной силой:

где z - условная длина, на которой сосредоточенный груз распределяется в вертикальном листе;

где J_П - момент инерции верхнего пояса с приваренным к нему рельсом;

где J^/_П - момент инерции относительно оси а;

у - ордината центра тяжести сечения пояса и рельса;

26. Проверим правильность постановки ребер жесткости:

а)

б)

где н - отношение большей стороны к меньшей; в принятой конструкции а/h_в=1.5;

d - наименьшая из сторон пластин (а или h_в), заключенных между поясами и ребрами жесткости; В данном случае d=h_в=173 см;

в)

По графику определяем К₁=8.6 [12, с. 318]

27. Местная устойчивость вертикального листа:

28. Устойчивость в опорных сечениях:

на опоре

у₁=0

на опоре у=0



Устойчивость обеспечена.

4. Технологическая часть

грейфер кран вал

4.1 Назначение детали в узле

Широкое распространение в машиностроении получили детали типа валов - гладкие и ступенчатые с разными перепадами диаметров. Валы применяются для передачи крутящего момента и для поддержания вращающихся деталей.

Данный в задании валик, можно применить в ременной передачи. Валик устанавливается в корпусе. А крутящий момент передается на вал через подшипник.

4.2 Определение годового объема выпуска и типа производства

N=mM (1+гд/100) = 3Ч12000 (1+6Ч3/100)=57600,

Где: m - количество одноименных деталей в машине;

М=12000 - годовой объем выпуска машин;

г - 5…10 количество запасных частей в процентах; [8]

д - 2…6 процент брака и технологических потерь, включая детали используемые для настройки станка, в процентах.

N=57600 - производство крупносерийное

серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями и сравнительно большим объемом выпуска, чем в единичном типе производства. При серийном производстве используются универсальные станки, оснащенные как специальными, так и универсальными и универсально-сборными приспособлениями, что позволяет снизить трудоемкость и себестоимость изготовления изделия. В серийном производстве технологический процесс изготовления изделия преимущественно дифференцирован, т.е. расчленен на отдельные самостоятельные операции, выполняемые на определенных станках.

4.3 Анализ технологичности конструкции детали

Каждая деталь должна изготавливаться с минимальными трудовыми и материальными затратами. Эти затраты можно сократить в значительной степени от правильного выбора варианта технологического процесса, и его оснащение, механизации и автоматизации, применения оптимальных режимов обработки и правильной подготовки производства.

При оценке технологичности учитываются следующие характеристики:

конструкция детали должна состоять из стандартных и унифицированных конструктивных элементов или быть стандартной в целом;

детали должны изготовляться из стандартных унифицированных заготовок или заготовок полученных рациональным способом;

размеры и поверхности детали должны иметь соответственно оптимальные степень точности и шероховатость;

физико-химические и механические свойства и механические свойства материала, жесткость детали, ее форма и размеры должны соответствовать требованиям технологии изготовления;

показатели базовой поверхности (точность, шероховатость) детали должны обеспечивать точность установки, обработки и контроля;

конструкция детали должна обеспечивать возможность применения типовых и стандартных технологических процессов ее изготовления.

Технологичность детали характеризуется коэффициентом использования материала.

4.4 Выбор и обоснование способа получения заготовки

В подъемно-транспортном машиностроении для изготовления деталей машин и механизмов используются разнообразные заготовки. Основные виды черновых заготовок следующие: прокат, литье, полученные давлением, полученные формообразованием.

Необходимость соблюдения требований чертежей, заданных припусков поверхностей, твердости и обрабатываемости определяет следующие основные требования к заготовкам:

поверхности, используемые как базовые в процессе дальнейшей обработки, должны быть гладкими, без прибылей, литейных или штамповочных уклонов, без заусенцев и линий разъема форм;

для устранения внутренних напряжений заготовки должны подвергаться термической обработке: отжигу и нормализации;

для улучшения условий обрабатываемости отливки должны быть очищены от литников, прибылей, заливов и других неровностей;

при наличии искривления заготовок из сортового проката, они подвергаются правке (на прессах, ударным способом, на правильно-калибровочных вальцах и т.п.);

при изготовлении заготовок любого вида всегда должно обеспечиваться получение заготовки минимальной массы, то есть заготовки с минимальными припусками.

Рассматривая наиболее распространенные варианты получения заготовок, я пришла к выводу, что для моего задания наиболее подходит заготовка, полученная штамповкой. Т.к. снижается расход металла при механической обработке, а соответственно ведет к понижению себестоимости.

Также я рассматривала и другой вариант получения заготовки - прокатом. Но в этом методе получения заготовок есть недостатки: большое количество металла уходит в стружку, материал расходуется нерационально

Рациональность выбора заготовки с точки зрения экономии материала определяется коэффициентом использования материала:

,

где Q₁ - масса детали; [8] с. 23

Q₂ - масса заготовки.

Т.к. Кm=0.83, то можно сделать вывод, что материал расходуется рационально.

4.5 Выбор технологических баз

Базой называется поверхность или выполняющее ту же функцию сочетание поверхностей (ось, точка…) принадлежащее заготовке и используемое для базирования. Различают базы конструкторские, технологические, измерительные и т.д.

Технологической называют базу, используемую для определения положения заготовки или изделия при его изготовлении или сборке.

Выбор технологических баз является одной из сложных задач проектирования технологического процесса. От правильного выбора технологических баз в значительной мере зависят:

- Точность получения заданных размеров;

- Правильность взаимного расположения поверхностей;

- Степень сложности технологической оснастки, режущего и измерительного инструментов.

1. Для обработке торцев вала технологической базой является поверхность 80 закрепленной в трехкулачковом патроне.

2. При обработке поверхностей 104, 25, 70 и 65 базой является поверхность 80, закрепленной в трехкулачковом патроне, а также закрепленной в торце вала вращающимся центром, а при обработке поверхностей 80 и 70 базой является поверхность 104, закрепленной в трехкулачковом патроне, и также вращающимся центром в торце вала. Если предполагается шлифование базой будет являтся диаметр той поверхности, которая не обрабатывается, она закрепляется в поводковом патроне и поджимается центрами в торцах.

3. При обработке шпоночного паза заготовку устанавливаем на призматические губки, базой является, поверхность 70 прижимаем двойным зажимом и на поверхности 65 устанавливаем цилиндрические оправки.

4.6 Разработка маршрута обработки заготовки

Маршрутное описание технологического процесса это сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и режимов обработки.

Операция 000 Заготовительная:

Заготовку получаем штамповкой

Операция 005 Токарная:

Подрезать торцы в размер 472 мм.

Операция 010 Токарная (черновая):

Точить поверхности 109 мм, 75 мм, и 70 мм на длину 27 мм, 135 мм и 102 мм соответственно.

Операция 015 Токарная (черновая):

Точить поверхности 85 мм на длину 120 мм и 75 мм на длину

90 мм.

Операция 020 Токарная (чистовая):

Точить поверхность 104,5 мм, 70,5 мм и 65 на длину 27 мм,

135 мм и 102 мм соответственно, и снять фаски 2Ч30 и 1,5Ч45.

Операция 025 Токарная (чистовая):

Точить поверхность 80 мм на длину 120 мм и 70,5 мм на длину

90 мм, и снять фаску 1,5Ч45.

Операция 030 Фрезерная (черновая):

Фрезеровать шпоночный паз на ступени 65 мм

Фрезеровать шпоночный паз на ступени 80 мм

Операция 035 Термическая:

Закалить до HRC 35…40

Операция 040 Фрезерная (чистовая):

Фрезеровать шпоночный паз на ступени 65 мм.

Фрезеровать шпоночный паз на ступени 80 мм.

Операция 045 Шлифовальная:

Шлифовать поверхности 70 мм на длину 90 мм, 70 мм на длину 135 мм и 104 мм на длину 27 мм.

Операция 050 Слесарная:

Зачистка заусенцев.

Операция 055 Промывка.

Операция 060 Контрольная.

4.7 Расчет операционных припусков

В подъемно - транспортном машиностроении используют два метода определения припусков на обработку: опытно - статистический и расчетно - аналитический.

При расчетно-аналитическом методе промежуточный припуск на каждом технологическом переходе должен быть таким, чтобы при его снятии устранялись погрешности обработки и дефекты поверхностного слоя, полученные на предшествующих переходах, а также исключались погрешности установки обрабатываемой заготовки, возникающие на выполняемом переходе.

1. Расчетно-аналитический метод.

Рассчитать поверхность 70 к6.

Элементарная пов. детали и технологич. маршрут ее обработки.	Элементы припуска (мкм)	Допуск на изготовление д (мкм)
	Rz	Т	с
Исходные данные: штамповка	240	250	236	-	2900
Точение: Черновое чистовое	50	50	14,2	300	740
	25	25	9,4	15	190
шлифование	5	15	9,4	5	19

R_z - параметр шероховатости [8] с. 66 (табл.)

Т - параметр изменения физико-механических свойств поверхностного слоя от температуры резания

с - погрешность формы заготовки. [7] с. 186 (табл. 16), [8] с. 61

- погрешность закрепления [8] с. 30 (табл. 12-14), с. 134

с_з = Д_к М? = 0,5 М472=236 мкм,

где _к=0.5 - кривизна профиля сортового проката (мкм на 1 мм);

?=472 мм - длина заготовки [7] с. 177

с₌ с_зЧк_у,

где: к_у - коэффициент уточнения

для черновой к_у=0,06

для чистовой к_у=0,04

для шлифовальной к_у=0,04

2. Определение максимальных и минимальных припусков: шлифование:

1. 2Z_3min = М(R_Z2 + h₂ +) = 2М (25 + 25 + )= 121 мкм

принимаем 2Z_3min = 120 мкм

2Z_3max = 2Z_3min + д₂ - д₃ = 120 + 190 - 19 = 290 мкм [8] с. 64

принимаем 2Z_3max = 290 мкм

чистовая обработка:

2. 2Z_2min = 2М(R_Z1 + h₁ + ) = 2М (50 +50 + ) = 241 мкм

принимаем 2Z_3min=240 мкм

2Z_2max = 2Z_2min + д₁ - д₂ = 240 + 740 - 190 = 790 мкм

черновая обработка:

3. 2Z_1min = 2М(R_Z0 + h₀ + ) = 2М (240 + 250 + ) = 1740 мкм

принимаем 2Z_1min = 1740 мкм

2Z_1max = 2Z_1min + д₀ - д₁ =1740 + 2900 - 740= 3900 мкм.

3. Минимальные и максимальные размеры:

шлифование:

d_3min = 70.002 (мм)

d_3max = 70.021 (мм)

чистовая обработка:

d_2min = d_3min + 2Z_3min = 70.002 + 0.12 = 70.122 мм [8] с. 64

d_2max = d_3max + 2Z_3max =70.021 + 0.29 = 70. 311 мм [8] с. 64

черновая обработка:

d_1min = d_2min + 2Z_2min = 70.122 + 0.24 = 70.362 мм

d_1max = d_2max + 2Z_2max =70.311 + 0.79 = 71.101 мм

заготовка:

d_0min = 70.362 + 1.74 = 72.101 мм

d_0max = 71.101+ 3.9 = 75.001 мм.

Расчетный минимальный припуск 2Zmin (мкм)	Предельные значения припусков (мкм)	Предельные значения (мм)
	2Zmin	2Zmax	dmin	dmax
Исходные данные: штамповка	-	-	72.101	75.001
Точение: Черновое чистовое	740	3900	70.362	71.101
	240	790	70.122	70.311
шлифование	120	290	70.002	70.021

4.8 Расчет режимов резания

Режим резания является одним из главных факторов технического процесса механической обработки, определяющий нормы времени на операцию. В связи с этим необходимо в полной мере использовать режущие свойства инструмента и производственные возможности оборудования.

При назначении и расчете элементов режимов резания следует учитывать следующие факторы: материал и состояние заготовки; тип и размеры инструмента, материал его режущей части, тип и состояние оборудования.

Элементы режима резания, как правило, устанавливаются в следующем порядке:

назначается глубина резания t;

назначается подача режущего инструмента s;

рассчитывается скорость резания v;

рассчитывается сила резания Pz или крутящий момент на шпинделе станка М_кр;

определяется мощность, расходуемая на резание N;

выбирается металлорежущее оборудование.

Глубина резания t при черновой обработке назначается такой, чтобы был снят весь припуск за один проход или большая его часть.

Подача s при черновой обработке выбирается максимально возможной, исходя из жесткости и прочности системы СПИД, прочности твердосплавной режущей пластины и других ограничивающих факторов. При чистовом точении подача назначается в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обрабатываемой поверхности.

Скорость резания v рассчитывается по эмпирическим формулам установленным для каждого вида обработки.

Сила резания раскладывается на составляющую тангенциальную P_z, радиальную Р_y и осевую Р_x силы резания. Главной составляющей силой, определяющей расходуемую на резание мощность и крутящий момент на шпинделе станка, является сила Р_z которая рассчитывается по эмпирической зависимости.

Операция 005 Токарная:

Используем подрезной резец из твердосплавных пластин Т15К6.

(472): t = 3 мм

s = 0.5 мм/об [9] с. 265

i = 1

V =

Где эмпирические коэффициенты: [9] с. 269

= 340

S^у = 0.5^0,45

t^x = 3^0,15

T^m = 60^0,2 - стойкость инструмента.

K_v - общий поправочный коэффициент. [9] с. 282

к_v = k_мvМk_nvМk_uv = 1.19

k_мv = k_г= 1М

k_nv = 1, k_uv = 1

м/мин=3.45 м/с

об/мин

принимаем n_ф=125 об/мин, тогда

м/мин=3.08 м/с

силовые параметры: [9], с. 271

,

Где эмпирические коэффициенты: [9] с. 273

С_p = 300

x = 1.0

y = 0.75

n = - 0.15

k_p = k_мрМk_црМ k_ypМk_лрМk_гр = 0,89М1,1М1= 0.97

k_цр = 0.89; k_гp = 1.1; k_лр = 1, k_rp=1 [9] с. 275

= 10М300М3¹М0,5^0,75М185 ^{- 0,15}М0,97= 2619 (н)

мощность: [9] с. 271

N = (кВт)

Выбираем токарно-винторезный станок 16К20

Остальные результаты расчета по токарным операциям сведем в таблицу:

№ операции	d, мм обрабат. поверхности,	Название	t, мм	s, мм/об	i	V, м/c	n, об/мин	Р, Н	N, кВт
010	109	черновая	1,4	0,8	1	3,14	500	1574	4,4
	75		1,4	0,8	1	3,14	800	1560	4,8
	70		1,4	0,8	1	3,14	800	1576	4,5
015	85	черновая	1,4	0,8	1	3,14	630	1574	4,3
	75		1,4	0,8	1	3,14	800	1560	4,8
020	105,25	чистовая	0,5	0,14	2	8	1000	137	0,73
	71,25		0,5	0,14	2	8	2000	123,15	0,899
	66,25		0,4	0,06	3	11,4	2000	50,2	0,34
	Фаска 1,5Ч450 на 104,25		1,5	0,06	1	9,3	1600
	Фаска 1,5Ч450 на 65		1,5	0,06	1	9,3	2000
025	81,25	чистовая	0,4	0,06	3	11,4	2000	49,7	0,4
	71,25		0,5	0,14	2	8	2000	123,15	0,89
	Фаска 1,5Ч450 на 70,25		1,5	0,06	1	9,3	2000

Операция 030 фрезерная (начерно):

Фреза шпоночная с коническим хвостиком

(Ш65): D=15 [9] с. 282

B=15

t = 7.25 мм q = 0,44 Т = 80 мин

S_z = 0,05 мм x = 0,24 u=0,1

Z = 2 y = 0,26

i = 2 p = 0,13

C_v = 234 m = 0,37

V = м/мин=1.12 м/с

n =

принимаем n =1000 об/мин

V_ф = м/мин =0.8 м/с

сила резания:

Н

С_р = 12,5 [9] с. 291

x = 0,85

y = 0,75

q = 0,73

w = -0,13

n = 1

крутящий момент:

(НМм)

мощность:

N_? = кВт

Выбираем станок вертикально-фрезерный консольный 6Т104

(Ш80): D=22 [9] с. 282

B=22

t = 10.75 мм q = 0,44 Т = 80 мин

S_z = 0,05 мм x = 0,24 u=0,1

Z = 2 y = 0,26

i = 3 p = 0,13

C_v = 234 m = 0,37

V = м/мин=1.02 м/с

n =

принимаем n =800 об/мин

V_ф = м/мин =0.92 м/с

сила резания:

Н

С_р = 12,5 [9] с. 291

x = 0,85

y = 0,75

q = 0,73

w = -0,13

n = 1

крутящий момент:

(НМм)

мощность:

N_? = кВт

Выбираем станок вертикально-фрезерный консольный 6Т104

Операция 040 фрезерная (начисто):

Фреза шпоночная с коническим хвостиком

(Ш65): D=15

B=15

t = 0,5 мм q = 0,44 Т = 80 мин

S_z = 0,05 мм x = 0,24 u=0,1

Z = 2 y = 0,26 m = 0,37

C_v = 234 p = 0,13 k_v=1,19

V = м/мин=2.2 м/с

n =

принимаем n =2000 об/мин

V_ф = м/мин=1.6 м/с

сила резания:

Н

С_р = 12,5

x = 0,85

y = 0,75

q = 0,73

w = -0,13

n = 1

крутящий момент:

 (НМм)

мощность:

N_? = кВт

Выбираем станок вертикально-фрезерный консольный 6Т104

(Ш80): D=22

B=22

t = 0,5 мм q = 0,44 Т = 80 мин

S_z = 0,05 мм x = 0,24 u=0,1

Z = 2 y = 0,26 m = 0,37

C_v = 234 p = 0,13 k_v=1,19

V = м/мин=2.2 м/с

n =

принимаем n =1600 об/мин

V_ф = м/мин=1.8 м/с

сила резания:

Н

С_р = 12,5

x = 0,85

y = 0,75

q = 0,73

w = -0,13

n = 1

крутящий момент:

(НМм)

мощность:

N_? = кВт

Выбираем станок вертикально-фрезерный консольный 6Т104

Операция 045 круглошлифовальная:

Шлифовальный круг ПП на керамической связке

(Ш70): V_k = 30 м/с [9] с. 301

V_з = 15 м/мин

S_p =0,2ЧВ=0,2Ч30=6 мм/об

t=0.06 мм

В-ширина круга, мм.

i = 4

мощность: [9] с. 300

N = кВт

Где эмпирические коэффициенты: [9] с. 303

C_N = 2.2

r = 0.5

q = 0

х = 0.5

у=0.55

n = об/мин

принимаем n = 250 об/мин

V_ф = м/мин=0.25 м/с

Выбираем станок круглошлифовальный 3М153А

4.9 Выбор и расчет станочного приспособления

Для выполнения этого пункта я выбрал такой тип приспособления, как трехкулачковый патрон с клиновым центрирующим механизмом (токарная операция), который приводится в действие от вращающегося пневмоцилиндра.

Из приспособлений для токарных станков наиболее широко применяются трехкулачковые патроны. Конструкция трехкулачкового патрона состоит из корпуса 1 в котором перемещаются три кулачка 2 с рифленой поверхностью которых сопрягаются сменные кулачки. Для крепления накладных кулачков после их перестановки в процессе наладки патрона служат винты 4 и сухари 5.

Скользящая в отверстии корпуса патрона муфта 6 имеет для связи с кулачками три паза а с углом наклона 15 и приводится в движение от штока привода. В рабочем положении муфта удерживается штифтом 9, который одновременно служит упором, ограничивающим поворот муфты при смене кулачков. Втулка 7 предохраняет патрон от проникновения в него грязи и стружки. Одновременно ее конусное отверстие с используется для установки направляющих втулок, упоров и т.п.

К достоинствам клинового патрона следует отнести:

1) компактность и жесткость, так как механизм патрона состоит всего из четырех подвижных частей (скользящей муфты и кулачков);

2) износоустойчивость, так как соединение муфты с кулачками происходит по плоскостям с равномерно распределенным давлением, а возможность быстрого съема кулачков способствует хорошей их чистке и смазке.

Пневмоцилиндр состоит из двух основных частей: муфты 1 и цилиндра 2. Для присоединения тяги патрона 8 имеется резьбовое отверстие на выступающем конце штока 4. Воздухоподводящая муфта присоединяется к цилиндру болтами с помощью фланца. Сжатый воздух подается через ниппель 6, центровое отверстие в стержне 7 и отверстие А в штоке 4 в штоковую полость цилиндра. Под действием давления воздуха (0,5-0,6 МПа) поршень 3 перемещается влево, создавая на штоке 4 тянущую силу. При переключении крана управления сжатый воздух через ниппель 5, радиальные отверстия и скосы в стержне 7 подается в поршневую (нештоковую) полость цилиндра, поршень перемещается вправо, создавая на штоке толкающую силу.

Соединение патрона со штоком пневмоцилиндра осуществляется тягой.

Расчет приспособления

Операция - токарная черновая

D_о.п.=85 мм - диаметр обрабатываемой поверхности

D_з=105,25 мм - диаметр заготовки

L_з=472 мм - длина заготовки

P_z=1574 Н - сила резания

1. Определим коэффициент запаса для самоцентрирующегося трехкулачкового патрона с пневматическим приводом зажима:

К_зап=К_оК₁К₂К₃К₄К₅К₆=1,5Ч1Ч1,2Ч1,2Ч1Ч1Ч1=2,16

где К_о=1,5 - постоянный коэффициент запаса; [8] с. 107

К₁=1 - коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки;

К₂=1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при затуплении режущего инструмента;

К₃=1,2 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при обработке прерывистых поверхностей на детали;

К₄=1 - коэффициент, учитывающий постоянство силы зажима, развиваемой приводом приспособления;

К₅=1 - коэффициент, учитывающий удобное расположение рукоятки для ручных зажимных устройств;

К₆=1 - коэффициент, учитывающий при наличии моментов, стремящихся повернуть обрабатываемую деталь вокруг ее оси.

2. Определим силу зажима детали одним кулачком патрона:

W_к=P_z Н

n_к=3 - число кулачков в патроне;

f_Т.П.=0,8 - коэффициент трения на рабочих поверхностях кулачков;

3. Определим силу на штоке привода трехкулачкового патрона:

Q_шт.=W_kn_kk_тр Н

K_тр=1,05 - коэффициент, учитывающий дополнительные силы трения в патроне;

а_к=40 мм - вылет кулачка от середины его опоры в пазу патрона до центра приложения силы на одном кулачке;

h_к=65 мм - длина направляющей части кулачка;

f_к=0,1 - коэффициент трения кулачка.

4. Определим действительную силу зажима детали:

Q_ш.д.= Н

з=0.85 - коэффициент полезного действия;

D_ц=200 мм - диаметр цилиндра;

Р=0.39 Мн/м - давление сжатого воздуха.

Список литературы

1. Расчет механизма подъема: Методическое пособие

2. Расчет грузозахватного устройства: Методическое пособие

3. Справочник по кранам: В 2т. Т. 2; Под ред. М.П. Александров, М.М. Гохберг - М: Высш. шк., 1988

4. Подъемно транспортные машины: М.П. Александров - М: Высш. шк., 1985

5. Крановый электропривод: Справочник А.Г. Яуре - М: Энергоатомиздат, 1988

6. Приводы машин: Справочник В.В. Длоугий - Л: Машиностроение, 1982

7. Справочник технолога-машиностроителя. т. 1 под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985 г.

8. Курсовое проектирование по предмету «Технология машиностроения»

Добрыднев И.С. - М.: Машиностроение, 1985 г.

9. Справочник технолога-машиностроителя. т. 2 под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 1985 г.

10. Справочник инструментальщика. Под ред. И.А. Ординарцева. - Л.: Машиностроение. Ленигр. отд-ние, 1987 г.

11. Приспособления для металлорежущих станков. М.А. Ансеров - М.: Машиностроение, 1984 г.

12. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций. Г.А. Николаев - М.: Высш. школа, 1971 г.

13. Автоматизированный электропривод ПТМ М.М. Соколов

14. Методологические основы оценки, прогнозирования и управления промышленной безопасностью подъемных сооружений А.А. Короткий 15. Повышение несущей способности и долговечности сварных конструкций мостовых кранов В.Ф. Задирак, О.Н. Емельянов - 1983 г.

16. Ремонт крановых металлоконструкций Е.М. Концевой, Б.М. Розенштейн - М.: 1979 г.

17. Повреждение материалов в конструкциях З.Дж. Коллинз - М.: 1984 г.

18. Влияние усталости на хладостойкость сварных соединений

В.П. Ларионов - Новосибирск. 1976 г.

19. Скоростное пластическое разрушение под действием энергии упругой деформации П.О. Пашков - Металловедение. 1958 г.

20. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений В.В. Болотин - М.: 1982 г.

21. Охрана окружающей среды С.В. Белов - М.: Высш. шк., 1991 г.

Размещено на Allbest.ru

...