Разработка устройства подмотки кабеля козлового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

козловой кран барабан

Данная задача с успехом решается многими производителями аналогичной продукции. Стимулом к работе служат потребители, для которых важна рациональность конструкции и цена. Из-за этого производители многократно пересматривают свои схемы компоновок, конструкции узлов.

В этой ВКР внимание будет уделено козловым кранам, а точнее сказать механизму подачи кабеля. Как известно ничто не вечно, этот вопрос интересует и конструкторов Бываловского Машиностроительного завода. Например, продление “жизни” грузовому тросу, не повышая затрат на механизмы. Также рассматривается вопрос о возможном уменьшении его длины. Это связано с тем, что грузовой трос ответственная деталь, которая может гарантировать безопасность работ при увеличенных сроках между техническими осмотрами и обслуживаниями. Также выбор подходящей конструкции и компоновки крана. Существует множество вариантов, но самым эффективным является индивидуальный подход к клиенту. Но из-за ограниченной гибкости производства не все желания могут быть удовлетворены.

Немаловажным положительным свойством в разрабатываемом узле является его полная взаимозаменяемость с ранее изготовленными кранами. Потому что на завод приходит достаточно заказов на ремонт и продление эксплуатации техники. А наиболее сильно изнашивающиеся и есть грузоподъемные устройства. Это решение важно для данного завода.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО КОНСТРУКТИВНЫМ ОСОБЕННОСТЯМ КОЗЛОВЫХ КРАНОВ

Козловые краны являются одним из основных видов средств механизации перегрузочных и складских работ в различных отраслях народного хозяйства. Козловой кран -- кран, у которого несущие элементы конструкции опираются на крановый путь при помощи двух опорных стоек. Козловые краны относятся к категории подъемных устройств мостового типа. Средний срок службы козловых кранов -- приблизительно 20 лет без учета режима работы и условий эксплуатации. Наработка на отказ -- примерно 3 000 циклов. Грузоподъемность козловых кранов достигает 1000т.

По назначению козловые краны разделяют на три основные группы: общего назначения, или перегрузочные, строительно-монтажные и специального назначения. Перегрузочные краны эксплуатируют на открытых складах и погрузочных площадках, обслуживаемых средствами наземного рельсового и безрельсового транспорта; грузоподъемность их обычно 3,2...50 т,, пролеты 10...40 м, высота подъема в зависимости от условий загрузки- разгрузки транспортных средств или штабелирования грузов 7..,16 м.

Строительно-монтажные краны предназначены преимущественно для монтажа оборудования промышленных предприятий, энергетических установок и сборных транспортных сооружений. Грузоподъемность этих кранов 300...400 т, пролеты 60...80 м и высота подъема 20...30 м. Крапы рассчитаны на Легкий режим работы; конструкция их часто обеспечивает быстрое перебазирование, сборку в различных исполнениях с варьированием грузоподъемности, пролета, высоты подъема и т. п. Эти краны выполняют как двухконсольными, так и бесконсольными [1].

Краны специального назначения, обслуживающие гидротехнические сооружения, обеспечивающие секционную сборку судов, и др., крайне разнообразны по конструкции и рабочему оборудованию; их параметры изменяются в самых широких пределах.

Монтажные и специальные краны часто изготовляют на базе перегрузочных козловых кранов. В число последних входят также специализированные краны для перегрузки крупнотоннажных контейнеров, пакетов длинномеpов и других грузов. Эти краны часто имеют грузовые подвески с пространственной канатной системой или жесткими направляющими, предотвращающими раскачивание груза.

Однако преимущественным распространением пользуются более простые по конструкции и менее металлоемкие краны общего назначения с гибкой подвеской грузозахватного органа: крюковые, а также аналогичные им по конструкции грейферные и магнитные.

Простота управления и обслуживания, относительно низкая стоимость изготовления и эксплуатации обусловили все увеличивающееся применение козловых кранов в народном хозяйстве. Выполненные по типовой схеме козловые краны с двухконсольным мостом и рельсо-колесной ходовой частью перекрывают площадки относительно большой ширины -- 60 м и более. При их использовании не требуется устройство дорогостоящих подкрановых эстакад или наличие проездов для наземных подъемно-транспортных средств. Такие краны позволяют наиболее целесообразно организовать склад, размещая транспортные пути под консолями.

Они достаточно просты в изготовлении; фактические затраты па эксплуатацию у них лишь незначительно больше, чем у мостовых кранов соответствующих параметров.

В настоящее время наметилось стремление к увеличению пролетов кранов, их грузоподъемности, рабочих скоростей и, следовательно, производительности.

Козловые краны изготавливают по различным конструктивным схемам, в зависимости от которых выполняют не только остов и грузовую тележку крана, но, в значительной мере, и остальные его узлы и механизмы.

По конструктивному исполнению эти краны не имеют существенных отличий. Различаются они между собой следующими показателями: назначением, пролетом, грузозахватным приспособлением, рабочими скоростями и группами режима работы. У козловых кранов скорости всех механизмов являются рабочими, т. е. механизм передвижения крана и механизм передвижения тележки могут работать с поднятым грузом.

Управление козловыми кранами обычно осуществляют из кабины, которая выполнена стационарной или подвижной. При наличии подвижной кабины обеспечивается лучший обзор места погрузки и разгрузки, однако создается дополнительная подвижная нагрузка на пролетное строение, что приводит к увеличению его сечения. Стационарную кабину крепят к опоре. В этом случае при больших пролетах значительно ухудшается обзор обслуживаемого участка.

Строительно-монтажные краны предназначены для монтажа промышленных предприятий, энергетических установок и др. Грузоподъемность их составляет 300 --400 т, пролеты 60-- 80 м и высота подъема груза 20--30 м.

Краны специального назначения предназначены для обслуживания гидротехнических сооружений и др. Грузоподъемность их составляет 25--630 т, пролеты 5--20 м. К кранам специального назначения можно также отнести козловые контейнерные краны (ГОСТ 24390--80) грузоподъемностью 20 и 32 т с пролетами 16 и 25 м и высотой подъема 6-И м; краны оборудованы специальным автоматическим захватом (спредером).

Контейнерный козловой кран грузоподъемностью 32 т, предназначенный для механизации работ на морских и речных причалах, Этот кран может быть оборудован контейнерным захватом грузоподъемностью 20 и 32 т, грейфером для сыпучих материалов и гидравлическим захватом для длинномерных грузов. Подача электроэнергии на кран осуществлена гибким кабелем, наматываемым на кабельный барабан.

В зависимости от профиля обслуживаемой площадки ходовые тележки опор могут быть расположены на одинаковых или разных уровнях. В некоторых случаях одна из ходовых тележек может быть установлена на уровне пролетного строения. Такие краны называют полукозловыми.

Козловые краны представляют собой сооружения, у которых горизонтальное пролетное строение (мост) опирается на две опоры (ноги), перемещающиеся по наземным рельсовым путям. Обе опоры имеют жесткие сочленения с мостом или одна из опор скрепляется с мостом при помощи шарниров. Краны, у которых пролетное строение одной стороной опирается на опорную стойку (ногу), а второй непосредственно на ходовые тележки, называются полукозловыми. Рельсовые пути в этом случае располагаются на разном уровне: один на земле, а другой на специальной эстакаде или колоннах здания.

На рисунке 1.1 приведена классификация двухконсольных козловых кранов, а на рисунке 2 - их схемы. Наиболее распространены краны с двухстоечными опорами. Пролет этих кранов L определяется опорной базой В, принимаемой и пределах (0,25... 0,45) L,. При выcоте подъема H=7…12 м это обеспечивает транспортирование через опоры большинства штучных грузов, а также возможность относительно простого монтажа путем стягивания опорных стоек, как правило, достаточно несложных по конструкции и обладающих малой металлоемкостью.

Современные краны этого типа обычно имеют однобалочный мост с двухрельсовой подвеской грузовой тележки (рисунок 1.2, а). Однако конструкция ходовой части таких тележек относительно сложна; необходимость образования проемов для прохода ходовых колес тележек усложняет узлы примыкания стоек к мосту. Эти недостатки устранены в кранах с монорельсовой подвеской грузовой тележки (рисунок 1.2, б). Вместе с тем износостойкость полок монорельсом обычно невелика, а грузовые тележки подвержены поперечному раскачиванию. Поэтому такие краны целесообразно изготавливать для условий ограниченной интенсивности эксплуатации и для грузоподъемности не более 20...32 т. [1]

В кранах, схема которых показана на рисунке 1.2, в, мост прикреплен одной стороной к опорным рамам; грузовая тележка имеет несущую каретку и удерживающие ролики, перемещающиеся по верхней и нижней балкам моста. В этих кранах можно использовать надежные в работе и простые в изготовлении тележки с ходовой частью опорного типа. В двухбалочных кранах (рисунок 1.2, г) применяют простые по конструкции двухрельсовые опорные грузовые тележки типовых мостовых кранов; размещение подвески между балками моста позволяет па 10...15% уменьшить высоту крана. Но двухбалочные мосты сложны при изготовлении и металлоемки, что оправдывает использование таких схем только в кранах с относительно небольшими до 25 м пролетами или при наличии каких-либо дополнительных условий.

Рисунок 1.1 - Классификация двухконсольных козловых кранов



Рисунок 1.2 - Схема козловых кранов

Краны с одностоечными опорами (рисунок 1.2, д) позволяют транспортировать грузы значительной длины из-под консолей в пролет с разворотом на 90° около стоек опор (рисунок 1.3, а) перемещать длинномерные и крупногабаритные грузы одновременно двумя кранами (рисунок 1.3, б), а также беспрепятственно обслуживать пересекающиеся подкрановые пути, конвейеры и другие установки (рисунок 1.3, в). Металлоконструкции таких кранов, выполняют коробчатого сечения. По мосту прямоугольного сечения перемещается консольная грузовая тележка (рисунок 1.2, д), а при меньшей грузоподъемности электрическая таль.

Рисунок 1.3 - Схемы использования кранов с одностоечными опорами и консольными грузовыми тележками

В кранах с одностоечными опорами, так же как и в двухбалочных кранах, общая высота меньше; здесь можно применять узлы ходовой части типовых грузовых тележек.

Недостатками кранов с одностоечными опорами являются сложность их монтажа по сравнению с двухбалочными кранами, повышенная металлоемкость, которая обычно на 10... 15 % превышает металлоемкость крапов с двухстоечными опорами, так как стойки и нижние ходовые балки интенсивно работают на изгиб.

Относительно небольшое расстояние от грузовой подвески до опор (обычно не более 3,5 м даже у крупных кранов) препятствует (или, по крайней мере, затрудняет) работу с крупногабаритными грузами. В результате применение таких кранов ограничено, хотя принципиальная схема их известна уже очень давно. [2]

Для перегрузочных операций иногда используют бесконсольные краны, имеющие, как правило, решетчатый мост с передвигающейся по его верхним поясам опорной грузовой тележкой. Несмотря на простоту конструкции, отсутствие консолей существенно усложняет организацию перегрузочных работ, поэтому такие краны используют преимущественно для монтажных работ.

Козловые краны различают также по виду опор (с обеими жесткими, с одной жесткой, а другой гибкой -- шарнирной опорой), приводу грузовых тележек (самоходный или канатнотяговый) и другим конструктивным особенностям.

На рисунках 1.4 (а-ж) приведены общие виды современных козловых кранов: крана КК-12,5-32 грузоподъемностью 12,5 т с однобалочным мостом и двухрельсовой грузовой тележкой (рисунок 4, в); крана КС-5 грузоподъемностью 5 т с однобалочпым трубчатым мостом и электроталью (рисунок 1.4, г); крана ККО-20/5 грузоподъемностью 20/5 т с однобалочным мостом и консольно-подвесной грузовой тележкой (рисунок 1.4, а); крана К-12.5М грузоподъемностью 12,5 т с двухбалочным мостом (рисунок 1.4, д ); крана ККЛ-32 с одностоечными опорами и консольной грузовой тележкой (рисунок 1.4, б); бесконсольный кран К-30-32 грузоподъемностью 30 т (рисунок 1.4, е ); бесконсольный кран КС-50-42М грузоподъемностью 50 т с выходом вспомогательной тележки на консоли нижнего пояса моста (рисунок 1.4,ж).



Рисунок 1.4 а - кран ККО-20/5

Рисунок 1.4 б - кран ККЛ-32

Рисунок 1.4 в - кран КК-12,5-32

Рисунок 1.4 г - кран КС-5



Рисунок 1.4 д - кран К-12.5М

Рисунок 1.4 е - кран К-30-32

Рисунок 1.4 ж - кран КС-50-42М

Конструктивные особенности козловых кранов в значительной мере определяются их назначением. Больше всего изготовляется кранов общего назначения (грузоподъемностью 3--50 тс), которые иначе называются также перегрузочными козловыми кранами. Эти краны применяются для обслуживания складов штучных и насыпных грузов, железнодорожных контейнерных площадок, нижних складов леспромхозов и т. п., а также для выполнения различных технологических операций, например на заводах по производству железобетонных изделий и конструкций. К козловым кранам специального назначения относятся краны для обслуживания гидротехнических сооружений, для строительно-монтажных работ, для сборки судов и др.

Основные параметры и технические требования для вновь проектируемых козловых кранов регламентированы государственным стандартом (ГОСТ 7352--75).

При определении габаритов приближения козлового крана к зданиям и сооружениям, штабелям грузов технологическому оборудованию, железнодорожному подвижному составу и т. п. следует руководствоваться Правилами по кранам и ГОСТ 9238--73 * «Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1524 мм».

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Модернизация конструкции крана

Краны козловые типа КК со стационарно установленной кабиной могут изготавливаться с высотой подъема 9,5 и 10 м.

Условное обозначение при заказе и в технической документации (пример):

Кран козловой типа КК, группы режима А2, со стационарно установленной кабиной управления, крюковой подвеской, грузоподъемностью 20 т, пролетом 25 м, вылетом консолей 6,3 м, высотой подъема 9,5 м, климатического исполнения У, категории размещения 1: КК-А2-СК-К-20-25-6,3-9,5-У1.

Основные технические данные крана

Основные технические данные крана приведены в таблице 2.1, общий вид крана приведён на рисунке 2.1.

Таблица 2.1 - Основные технические данные крана

Технические особенности	Величина
1	2
Грузоподъемность нетто, т	12,5
Высота подъема, м	9,5
Пролёт, м	16
Группа режима по ИСО 4301: крана механизмов	А4 М5
Скорости, м/с: подъема груза передвижения каретки передвижения крана	0,2 0,83 1,0
Масса крана, т	35
Нагрузка на ходовое колесо, кН	240
Температура воздуха, °С: нерабочее состояние рабочее состояние	от минус 50 до плюс 40 от минус 40 до плюс 40
Продолжение таблицы 2.1
1	2
Давление ветра, Па/Скорость, м/с: нерабочее состояние рабочее состояние	450/27 125/14
Установленная мощность электрооборудования, кВт	52,5
Питание	гибким кабелем, от сети 380 В
Срок службы крана, лет	18,5

Состав крана

Кран состоит из следующих основных частей, приведенных в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Основные части козлового крана

Поз	Наименование	Обозначение	Количество
1	2	3	4
1.	Ферма 1 Ферма 2 Ферма 3	КК-16/20.01.01.000 КК-16/20.01.02.000 КК-16/20.01.03.000	1 1 1 (2)
2.	Опора	КК-16/20.16.00.000 или КК-16/20.44.00.000	4 4*
3.	Лебедка грузовая	КК-12,5/20.04.00.000	1
4.	Тележка приводная	КК-16/20.17.00.000	2
5.	Тележка холостая	КК-16/20.03.00.000	2
6.	Кабина	КК-16/20.07.00.000	1
7.	Шкаф электрический	КС-12,5/20.02.01.000	1
8.	Шкаф сопротивлений	КС-12,5/20.02.02.000	1
9.	Механизм передвижения каретки	КС-12,5/20.05.00.000	1
10.	Каретка	КС-12.5/20.06.00.000 или КК-16/20.36.00.000	1- при г/п 16-20 т 1- при г/п до 16 т
11.	Подвеска	КК-16/20.08.00.000 или КК-16/20.37.00.000	1- при г/п 16-20 т 1- при г/п до 16 т
12.	Карабин кабельный	КС-12,5.09.00.000	1
13.	Обойма концевых блоков	КК-16/20.10.00.000А	1
14.	Обойма концевых блоков	КК-16/20.11.00.000А	1
15.	Балка стяжная	КК-16/20.55.00.000 или КК-16/20.54.00.000	2
Продолжение таблицы 2.2
1	2	3	4
16.	Площадка боковая	КК-16/20.43.00.000	2*
17.	Площадка торцовая	КК-16/20.41.00.000	2
18.	Площадка торцовая	КК-16/20.42.00.000	1
19.	Анемометр сигнальный	АСЦ-3	1
20.	Захват противоугонный	КС-12,5.17.05.000- КС-12,5.17.07.000	1 4
21.	Ограничитель высоты подъема груза	КС-12,5/20.22.00.000А	1
22.	Лестница верхняя	КК-16/20.28.00.000 или КК-16/20.28.00.000А	1
23.	Лестница нижняя	КК-16/20.29.00.000	1*
24.	Блоки обводные	КК-16/20.18.00.000	1
25.	Устройство натяжное	КК-12,5/20.21.00.000	1

* - для крана с высотой подъема 10 м.

( ) - значение в скобках для крана с пролетом 32 м.

Устройство и работа крана

Кран (рисунок 2.1) состоит из моста 1, который жестко соединен с четырьмя опорами 2. Опоры установлены на ходовые тележки 4 и 5 и соединены между собой стяжными балками 15.

На мосту крана установлены: грузовая лебедка 3; механизм передвижения каретки 9; блоки обводные 24 ;шкаф электрический 7; шкаф сопротивлений 8; обоймы концевых блоков 13 и 14; анемометр сигнальный 19; галерея для перемещения по мосту и обслуживания кабелей запитки электрооборудования крана и его управления, площадки для обслуживания механизмов крана, подвесные боковые и торцовые площадки для обслуживания грузовой каретки и механизмов проводки и крепления канатов. [5]

По всей длине моста снизу проходит ездовой монорельс, по которому перемещается каретка 10.

Подъем и опускание груза осуществляется при помощи подвески 11 и грузового полиспаста механизма подъема.

На торцах ездовой балки крепятся обоймы концевых блоков 13 и 14, обслуживание которых осуществляется с площадок 16, 17, 18.

Преследуемые цели модернизации. В первую очередь повысить долговечность грузового троса. Выявлено что при наматывании на барабан больше одного слоя троса, он пережимает и перетирает сам себя. Можно увеличить длину барабана, но этого не позволяет сделать ограниченная ширина моста. Остаётся один вариант переместить барабан с моста на грузовую тележку. При этом мы получим два эффекта, ранее тоже преследуемых. Сократиться длина каната почти в три раза и получившаяся грузовая тележка станет пригодной для кранов ранее выпущенных. Соответственно отпадет потребность в необходимости натяжки грузового каната и канато поддерживающих роликах. Упроститься сама конструкция и сборка крана.

Это значит что лебедка грузовая 3 должна будет находиться на каретке 10, дальше - грузовая каретка.

На одной из опор установлены лестницы верхняя 23 и нижняя 24.

На тележке, расположенной под опорой 2 с лестницами и площадками, устанавливается карабин или барабан кабельный 12, через который производится запитка электрооборудования крана. Снизу данной тележки на кронштейнах устанавливается концевой выключатель механизма передвижения крана.

Кран обеспечивает перемещение груза в трех взаимно перпендикулярных плоскостях за счет перемещения крана по подкрановым путям, перемещения грузовой каретки по ездовому монорельсу моста и подъема (опускания) крюка. Конструкция крана позволяет совмещать все эти движения, поэтому груз можно транспортировать в любой пункт прямоугольной площадки, длина которой ограничена длиной подкрановых путей, а ширина - пролетом крана и рабочим вылетом консолей. [6]

Перемещение крана по подкрановым путям осуществляется при помощи двух приводных 4 и двух холостых 5 тележек.

Передвижение грузовой каретки осуществляется при помощи механизма передвижения каретки 9.

Управление перемещениями крана, груза и каретки производится из кабины 6 крановщиком при помощи аппаратуры, смонтированной в ней.

Устройства и приборы безопасности, установленные на кране, предназначены для предотвращения аварий во время работы и после окончания работы крана.

Рисунок 2.1- Общий вид крана

На каждой из ходовых тележек крана установлены противоугонные захваты, которые представляют собой винтовые зажимы с ручным приводом, схватывающие головку рельса подкранового пути. После окончания работы захватами зажимаются головки рельсов подкранового пути, тем самым предотвращается самопроизвольное передвижение крана под действием ветровой нагрузки.

На мосту крана установлен анемометр сигнальный 19 (рисунок 2.1), который предупреждает крановщика об увеличении скорости ветра до величины, превышающей 14 м/с.

На кране установлены также ограничители движений механизмов: передвижения каретки, передвижения крана (на тележке под опорой с лестницами и площадками) и блокировочный выключатель 27 двери выхода на галерею моста.

На кране предусмотрена также звуковая сигнализация (сирена).

На обойме концевых блоков 13 установлен датчик силы * ограничителя грузоподъемности 26, электронный блок которого находится в кабине. Ограничитель срабатывает при массе груза на 15% превышающей номинальную грузоподъемность.

В кабине крановщика установлен аварийный выключатель, отключающий линейный контактор, обесточивающий все механизмы и цепи управления.

На ездовом монорельсе (на консолях) устанавливаются упоры с резиновыми буферами.

На торцах рельсового пути устанавливаются инвентарные тупиковые упоры, а на корпусах ходовых тележек - буфера.

2.2 Конструкторские расчеты

Расчет и выбор подшипников барабана

Выполняем построение расчетной схемы (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 -Расчётная схема

Сила от несоосности валов:

= 125, Н, (2)

Где Т - вращающий момент шпинделя.

,Н•м, (2.1)

где - вращающий момент редуктора;

- КПД подшипников качения, = 0,99.

60,71 Н•м (2.2)

= 60,71Ч0,99³ = 58,9 Н•м.

== 959 Н.

? М₃ = 0; -Ч0,43 + Ч0,21 - Ч0,17 = 0 (2.3)

; = 1632 Н. (2.4)

? М₂ = 0; -Ч0,22 + Ч0,21 - Ч0,38 = 0 (2.5)

; = 2173 Н. (2.6)

Проверка: ? Х = 0; -+- = 0, (2.7)

418 - 1632 + 2173 - 959 = 0.

Изгибающие моменты:

М_изг1 = 0; М_изг2 = Ч0,22 = 418Ч0,22 = 91,7 Н•м; (2.8)

М_изг3 = -Ч0,17 = - 959Ч0,17 = - 163 Н•м; М_изг4 = 0. (2.9)

Крутящий момент:

М_кр = = 54,3 Н•м. (2.10)

Приведенный момент:

М_пр = ; Н•м, (2.11)

М_пр = = 171,8 Н•м.

Диаметр вала определяем по формуле:

, мм, (2.12)

где - допускаемое напряжение изгиба, = 70 МПа.

= 37,1 мм.

Принимаем = 40 мм.

Принимаем на опору В радиальный шарикоподшипник 106 ГОСТ 8338-75. На опору A - радиальный шарикоподшипник 46206 ГОСТ 813-75 [11]

Проверочный расчет подшипников

Проверяем пригодность подшипника в наиболее нагруженной опоре В, у которого базовая динамическая грузоподъемность С_r = 13,3 кН, а статическая грузоподъемность С_0r = 6,8 кН.

Определяем отношение , Н,(2.13)

где == 418 Н;

- коэффициент вращения, = 1 при вращении внутреннего кольца.

= 0,19. (2.14)

Определяем отношение = 0,06 и интерполированием находим = 0,26; Y = 1,71.

По соотношению < выбираем формулу и определяем эквивалентную динамическую нагрузку R_E:

R_E = (XVR_B + YR_a) K_б К_т, Н, (2.15)

где Х - коэффициент радиальной нагрузки, Х = 1;

Y - коэффициент осевой нагрузки; Y = 0;

К_б - коэффициент безопасности, К_б = 1,4;

К_т - температурный коэффициент, К_т = 1.

R_E = (1Ч1Ч2173+0Ч418) Ч1,4Ч1 = 3042,2 Н.

Определяем динамическую грузоподъемность :

, Н, (2.16)

где - требуемая долговечность подшипников, =25000 ч;

- частота вращения подшипника, = 250 мин ^-1;

- коэффициент надежности, = 1;

- коэффициент, учитывающий влияние качества подшипников и качества его эксплуатации, = 0,8.

= 53557 Н > С_r =13300 Н.

Таким образом, базовая грузоподъемность (С_r = 13300 Н) недостаточна. Увеличим диаметр посадочных мест подшипников до 65 мм и применим подшипники 213, у которых С_r = 56000 Н, С_0r = 34000 Н и подшипники 46313.

Определяем долговечность подшипника по формуле:

= 28579 > L_10h = 25000 ч. (2.17)

Выбор и расчет шпонок

Муфта передает крутящий момент на барабан с помощью шпонки.

Основным для шпоночного соединения является условный расчёт на смятие (упругопластическое сжатие в зоне контакта).

Условие прочности:

МПа, (2.18)

где [_см] - допускаемое напряжение на смятие, [_см] = 100 МПа;

- вращающий момент, Н•м;

l_р - рабочая длина шпонки, l_р = l - , мм;

- высота шпонки, мм;

- диаметр вала, мм;

- ширина шпонки, мм.

Определяем параметры призматической шпонки, исходя из посадочного диаметра равного 55 мм: = 10 мм; = 16 мм.

= 5,96 МПа < [_см] = 100 МПа.

Условное обозначение: Шпонка 16 10 90 ГОСТ 23360-78.

Выходной конец редуктора передает крутящий момент на барабан через зубчатую муфту, в свою очередь которая через шпонку. [9]

Определяем параметры призматической шпонки, исходя из посадочного диаметра равного 50 мм: = 9 мм; = 14 мм.

= 8,76 МПа < [_см] = 100 МПа.

Условное обозначение: Шпонка 14 9 70 ГОСТ 23360-78.

Выбор муфты

Вал электродвигателя соединяется с валом редуктора упругой втулочно-пальцевой муфтой. Упругие втулочно-пальцевые муфты благодаря лёгкости изготовления и замены резиновых элементов получили наибольшее распространение. Упругими элементами здесь служат гофрированные резиновые втулки.

Подбор муфты осуществляем в зависимости от передаваемого крутящего момента, предельной частоты, которую достигает муфта и по диаметру вала.

Назначаем упругую втулочно-пальцевую муфту [11]:

МУВП 710-50-I-У3 ГОСТ 21424-93.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Методика автоматизированного проектирования технологических процессов

Под технологическим процессом понимаются все действия по изменению геометрической формы, размеров, внешнего вида, внутренних свойств объектов производства, их контролю, транспортированию, складированию, маркировке, удалению отходов производства, замене инструментов и приспособлений. При разработке технологических процессов создаются их модели, которые являются сокращенными их описаниями в технологических картах. Именно эти описания в дальнейшем для краткости мы будем называть технологическими процессами (ТП) [6].

По степени детализации описания ТП принято разделять на: маршрутные, маршрутно-операционные и операционные.

Процесс автоматизированного проектирования технологических процессов можно разделить на несколько этапов:

- Анализ технологичности изделий проводится с целью определения возможности и рациональности изготовления изделия в данных технологических условиях. Анализ осуществляет опытный технолог. Этот этап плохо поддается автоматизации, но используются экспертные автоматизированные системы;

- Выбор исходной заготовки осуществляется путем выбора вида и метода получения заготовки. Для выбора необходимо знать серийность производства. Заготовка должна быть выбрана такой, которая позволила бы достичь заданного критерия оптимальности при изготовлении детали;

- Определение состава и последовательность изменения объекта. Это ориентировочные операции. Этот этап нужен для выбора схем базирования на операции, используются автоматизированные базы данных типовых решений;

- Выбор схем базирования и конструктивных схем станочных приспособлений. На этом этапе определяется состав базовых поверхностей, варианты технологических баз, определяются схемы базирования, и выполняется размерный анализ точности обработки. На этом этапе используются автоматизированные базы данных типовых решений и системы автоматизированного расчета размерных цепей;

- Разработка структуры и содержания ТП и определения параметров ТП. Определение последовательности и состава операций и переходов, состава оборудования, оснастки и инструментов;

- Расчет межоперационных припусков и размеров;

- Расчет режимов обработки (глубина резания, подача, скорость резания);

- Нормирование операций (по табличному и расчетному способам);

- Определение состава и квалификации исполнителей;

- Расчет технико-экономических показателей;

- Формирование документации (технологических карт, операционных, эскизов, схем наладок, расчетно-технологических карт при работе на станках с ЧПУ, программы для станков с ЧПУ).

3.2 Разработка технологического процесса изготовления детали «Диск»

Назначение и конструкция детали

Деталь, разрабатываемая в дипломном проекте - диск является составной частью барабана. Чертеж диска приведен на рисунке 3.1.



Рисунок 3.1 - Чертёж детали “Диск”

Данная деталь принадлежит к классу дисков с центральным сквозным ступенчатым отверстием. Наиболее точным является центральное отверстие Ш52, для установки манжеты. Имеется 12 пазов для крепления детали к корпусу барабана. Поверхности, требующие шлифовки - Ш52, торцевые поверхности.

Диск изготовляется из стали 45 ГОСТ 1058-88. Химический состав и механические свойства стали 45 сведены в таблице 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1 - Химический состав стали 45 (ГОСТ 1050-88)

С	Si	Mn	S	P	Ni	Cr
			не более
0,40-0,50	0,17-0,37	0,50-0,80	0,045	0,045	0,30	0,30

Таблица 3.2 - Механические свойства стали 45

, МПа	, МПа	, %	ш, %	ан, Дж/см2	НВ (не более)
не менее		горячекатаной	отожженной
360	610	16	40	50	241	197

Анализ технологичности конструкции детали

Технологичность конструкции рассматривается как совокупность свойств конструкции изделия, определяющих ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

Технологический анализ конструкции обеспечивает улучшение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса. Поэтому технологический анализ - один из важнейших этапов технологической разработки, в том числе и дипломного проектирования.

Основные задачи, решаемые при анализе технологичности конструкции обрабатываемой детали, сводятся к возможному уменьшению трудоемкости и металлоемкости, возможности обработки детали высокопроизводительными методами. Таким образом, улучшение технологичности конструкции позволяет снизить себестоимость ее изготовления без ущерба для ее служебного назначения.

Технологичность конструкции детали определяем по соотношению положительных и отрицательных элементов.

Не технологичные и технологичные элементы конструкции детали.

1. Материал технологичен.

2. Достаточно сложная конструкция.

3. Обычные виды обработки.

4. Возможно использования типовых станков.

5. Возможно применение стандартных инструментов.

6. Возможно применение стандартных приспособлений.

7. Пониженная устойчивость детали.

8. Сложный контроль пазов детали.

9. Обычный расход материала.

10. Деталь нетрудоемкая.

В целом конструкция детали не вполне технологична.

Выбор типа производства

Тип производства выбираем по таблице 3.3 в зависимости от массы детали, m = 1,6 кг и годовой программы выпуска N_г = 2000 шт.

Таблица 3.3 - Зависимость типа производства от объема выпуска и массы детали

Масса детали, кг	Тип производства
	Единичное	мелкосерийное	среднесерийное	крупносерийное	массовое
1,0 1,02,5 2,55,0 5,010,0 10,0	10 10 10 10 10	102000 101000 10500 10300 10200	1500100000 100050000 5001000 30025000 20010000	75000200000 50000100000 3500075000 2500050000 1000025000	200000 100000 75000 50000 25000

Исходя из справочных данных, выбираем среднесерийное производство. В среднесерийном производстве выпускаются изделия ограниченной номенклатуры, изготавливаемые периодически повторяющимися партиями со сравнительно большим объемом выпуска, по сравнению с мелкосерийным производством. На рабочих местах выполняется несколько периодически повторяющихся операций. Технологические особенности серийного производства изменяются в зависимости от номенклатуры, трудоемкости и количества изделий в партии деталей.

Выбор заготовки

Метод выполнения заготовок для детали определяется назначением и конструкцией детали с учетом технологических свойств материала, техническими требованиями, серийностью выпуска, формы детали и заготовки, а также экономичностью изготовления. Заготовку желательно выбирать с таким расчетом, чтобы ее форма была максимально приближена к форме готового изделия, поскольку это значительно облегчит последующую обработку.

При выборе заготовки для заданной детали главным критерием является обеспечение заданного качества готового изделия при его минимальной себестоимости.

Исходные данные, необходимые для выбора вида заготовки и способа ее получения:

материал заготовки - Сталь 45 ГОСТ1050-88;

плотность материала - 7850 кг/м³;

масса детали, кг - 1,6 кг;

годовая программа - 2000 шт.

Исходя из материала, типа производства, программы выпуска, а также значительного объема растачиваемых поверхностей в качестве метода получения заготовки применяем штамповку.

Масса заготовки при штамповки m_заг=3,4 кг;

Коэффициент использования материала определяется по формуле:

; (3.1)

К =1,6/3,4=0,47

Выбор маршрута обработки

Основные операции при изготовлении данного вала следующие:

Токарная (точение детали по контуру, растачивание выборки);

Сверлильная (сверление отверстий);

Фрезерная (фрезерование пазов);

Слесарная;

Шлифовальная (окончательная обработка в размер с требуемой шероховатостью поверхностей);

Контрольная.

1) Токарная операция производится следующим образом: заготовка устанавливается в самоцентрирующем трех кулачковом токарном патроне консольно, с упором по торцу.

Обработка с одной стороны:

- подрезать торец;

- точить Ш 151 мм на длину l = 12 мм;

- подрезать торец в размер 31мм;

- расточить отверстие Ш 44 на длину l = 29 мм;

- расточить отверстие Ш 52 на длину l = 26 мм;

- расточить выборку Ш 110 на длину l = 19 мм;

- расточить отверстие Ш 120 на длину l = 9 мм;

- расточить уклон 45 на длину l = 5мм;

- точить фаску 1*45;

- точить фаску 1*15.

Обработка со второй стороны:

- подрезать торец;

- точить фаску 1*45;

2) Сверлильная операция:

- сверлить 3 отверстия Ш 5,6 мм длиной l = 20 мм.

3) Фрезерная операция:

- фрезеровать 12 пазов 12 мм;

4) Слесарная:

- зачистить заусенцы;

5) Плоскошлифовальная операция:

- шлифовать торцы;

Внутришлифовальная:

- шлифовать торец Ш 52 мм.

6) Контрольная.

Выбор и расчет припусков на обработку

Расчет припуска имеет большое значение в процессе обработки детали при разработке технологических операций. Правильное значение припусков на обработку заготовки обеспечивает экономию материала и трудовых ресурсов, качество выпускаемой продукции.

Приведем пример расчета припуска на размер 149 мм. Существует два метода расчета припусков: аналитический (расчетный) и справочный (табличный). Для заданной поверхности детали произведем расчет припусков аналитическим методом, а для остальных размеров припуски назначаем табличным методом [7].

Расчет припусков на обработку поверхности 149 мм приведен в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Расчет припусков и предельных размеров по технологическим переходам

Технологические переходы обработки Ш149-1	Элементы припуска, мкм	Расчетный припуск , мкм	Расчетный размер , мм	До-пуск д, мкм	Предельный размер, мм	Предельные значения припусков, мкм
		Т
заготовка	150	200	1010		150,72	3000	150,8	153,8
обработка	50	50	61	1360	148	1000	148	149	2800	4800

Определяем суммарное отклонение [7]:

с мкм, (3.2)

где 0,15 мм;

- погрешность смещения, = 1 мм [7];

р=1010 мкм.

Остаточное пространственное отклонение после предварительного точения:

= 0,06Ч1010=61 мкм.

Расчет минимальных значений припусков[10]:

 (3.3)

где с - пространственное отклонение,

R_z - высота микронеровностей,

Т - глубина дефектного слоя.

Обработка:

Определяем расчетный размер. Заполняется, начиная с конечного (чертежного) размера путем последующего прибавления минимального припуска для каждого технологического перехода.

Определяем наибольшие предельные размеры:

(3.6)

где д_i - допуск;

Определяем предельные значения припусков [7]:

мкм, (3.7)

мкм, (3.8)

Выбор оборудования и режущего инструмента

Выбор оборудования осуществляется на основании таких данных, как метод обработки, точность обработки, расположение размеров обрабатываемых поверхностей, габаритных размеров заготовки, количество инструментов в наладке станка, обеспечение заданной производительности, эффективность использования станка по времени, мощности и др.

Выбор режущих инструментов осуществляется в зависимости от метода обработки, формы и размеров обрабатываемой поверхности, ее точности, шероховатости, от обрабатываемого материала, заданной производительности и периода стойкости. Режущие инструменты, особенно для станка с ЧПУ, должны обладать высокой режущей способностью (стабильной размерной стойкостью при высоких режимах резания), обеспечить возможность быстрой и удобной замены, наладки в процессе работы, формировать транспортабельную стружку и отводить ее от зоны обработки без нарушения нормальной работы оборудования.

Выбор оборудования.

Выбор оборудования выполнен по методике изложенной в [7].

Токарная операция выполняется на токарно-винторезном станке модификации 16К20Ф3С5.

Техническая характеристика данного станка:

Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм 400;

Наибольшая длина продольного перемещения, мм 900;

Наибольшая длина поперечного перемещения суппорта, мм 250;

Диапазон скоростей вращения шпинделя, об\мин 12,5-2000;

Число скоростей 22;

Наибольшая скорость продольной подачи, мм\мин 1200;

Диапазоны скоростей подач, мм\мин:

- продольная 3 - 1200;

- поперечная 1,5 - 600;

Скорость быстрого хода, мм\мин:

- продольная 4800;

- поперечная 2400;

Мощность электродвигателя главного движения, кВт 10.

Оснастка: Токарный трехкулачковый патрон. Технологические наладки токарной операции I и II установа представлены на 38 листе выпускной квалификационной работы.

Сверлильная операция

В качестве технологического оборудования назначаем вертикально-сверлильный станок модификации 2Н125.

Основные характеристики станка:

Корпус Морзе шпинделя № 3;

Наибольший диаметр сверления по стали, мм 25;

Количество операций частот вращения шпинделя 12;

Частота вращения шпинделя, мин^-1 45-2000;

Величина подачи, мм/об 0,1…0,6;

Количество ступеней подач 9;

Оснастка: приспособление на станке (тиски, делительная головка).

Фрезерная операция

Станок для обработки пазов концевыми и шпоночными фрезами. Класс точности станков П.

Основные характеристики станка:

Ширина фрезеруемого паза, мм 6…32;

Наибольшая длина фрезеруемого паза, мм 600;

Наибольшая разбивка паза, мм 1,0;

Частота вращения шпинделя, мин^-1:

- 250;315;400;500;630;800;1000;1250;1600;2000;3150

Количество поперечных подач фрезерной головки 18;

Поперечная подача фрезерной головки, мм\мин:

- 4;5; 6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200

Мощность электродвигателя, кВт:

- главного движения 2,2;

- привода подач 1,5.

Оснастка: приспособление на станке (тиски, делительная головка).

Плоскошлифовальная операция

Плоскошлифовальная операция выполняется на станке модификации 3Т160.

Основные характеристики станка:

Наибольшие размеры обрабатываемой заготовки, мм

- диаметр 280;

- длина 700;

Рекомендуемый диаметр шлифования, мм -;

Конус Морзе передней бабки, №5;

Наибольшие размеры шлиф. круга 750х130х305;

Диаметр шлиф. круга для внутреннего шлифования, мм 16,32,52;

Частота вращения шпинделя круга, об/мин 1250;

Частота вращения шпинделя изделия, об/мин 55… 620;

Мощность электродвигателя главного движения, кВт 17;

Габариты станка, мм 3754х4675;

Категория ремонтной сложности 30.

Оснастка: приспособление на станке, трехкулачковый патрон. Технологическая наладка шлифовальной операции представлена на 7 листе дипломного проекта.

Внутришлифовальная операция

Внутришлифовальная операция выполняется на внутришлифовальном станке с горизонтальным шпинделем 3К227В.

Основные характеристики станка:

Наибольший диаметр изделия, мм: 250;

Размеры шлифуемого отверстия, мм:

- диаметр 10 - 100;

- наибольшая длина 125;

Наибольшие размеры шлифовального круга, мм:

- диаметр 100;

- высота 50;

Наибольший угол поворота бабки изделия, град: 30;

Наибольшее поперечное перемещение бабки изделия, мм: 40;

Наибольшее перемещение стола, мм: 630;

Частота вращения шлифовального круга, об/мин:

- 9000;12000;18000;24000;

Общая мощность электродвигателей, кВт: 8,42;

Габаритные размеры станка, мм: 2815Ч1900.

Выбор режущего и мерительного инструмента.

1) Токарная операция

В качестве режущего инструмента применяем стандартный режущий инструмент. Раздельное применение необходимо для повышения точности обработки.

Все инструменты оснащены пластинками твердого сплава Т15К6.

Режущие инструменты:

- проходной упорный правый с механическим креплением твердосплавной пластиной ГОСТ 18872-73;

- расточной резец для глухих отверстий ГОСТ 18880-73;

- расточной резец для сквозных отверстий ГОСТ 18873-73;

Мерительный инструмент:

- штангенциркуль ШЦ 3-125-0,05 ГОСТ 164-80;

- шаблон фасочный 1*45.

2) Сверлильная операция

Сверло 2301-0404 ГОСТ 2092-77 общего назначения под сверление отверстия 7 мм.

- Диаметр сверла, мм 7,0;

- Длина спиральной части сверла, мм 60;

- Длина сверла, мм 95;

Материал режущей части Р6М5.

Мерительный инструмент: калибр-пробка ГОСТ 16780-71.

Фрезерная операция

Режущий инструмент:

- фреза концевая 12 мм ГОСТ 17025-71;

- фреза концевая 8 мм ГОСТ 17025-71.

Материал режущей части: Т15К6.

Мерительный инструмент:

- калибр-пробка ГОСТ 16780-71;

- штангенциркуль ШЦ-1 0-150 ГОСТ 164-80 .

3) Плоскошлифовальная операция:

Режущий инструмент: абразивный круг прямоугольного профиля.

Мерительный инструмент: настроенный на размер микрометр.

4) Внутришлифовальная операция:

Режущий инструмент: абразивный круг прямоугольного профиля.

Мерительный инструмент: настроенный на размер микрометр.

Прибор для измерения параметров шероховатости поверхности (профилометр цеховой с отсчетом цифровым и индуктивным преобразователем).

Расчет режимов резания

Расчет ведется одновременно с заполнением операционных или маршрутных карт технологического процесса. Совмещение этих работ исключает необходимость дублирования одних и тех же сведений в различных документах, так как в операционных картах должны быть записаны данные по оборудованию, способу обработки, характеристике обрабатываемой детали и другие, которые используются для расчетов режимов резания. Элементом, в значительной мере поясняющим ряд исходных данных для расчета режимов резания, является операционный эскиз.

Выбор режимов резания осуществляется по таблицам режимов. Для нескольких наиболее характерных переходов (например, для одного перехода определенной операции) - расчетно-аналитическим методом [8].

Режимы резания зависят от обрабатываемого материала, от материала режущей части инструмента, от шероховатости и конфигурации обрабатываемой поверхности, от величины припуска на обработку, от требуемой производительности операции, от режима замены и периода стойкости режущего инструмента.

Приведем пример расчета режимов резания для сверления отверстия.

Величину подачи назначаем S = 0,1 - 0,2 мм/об, окончательно принимаем S = 0,1 мм/об.

Скорость резания - V определяется по эмпирической формуле:

(3.9)

Где - коэффициент, учитывающий условия резания;

D - диаметр сверла, 7 мм;

Т - период стойкости инструмента, Т = 25 мин;

S - подача, мм/об;

m, y - показатели степени.

При S = 0,2 мм/об:

= 7,0; m = 0,2; q = 0,4; y = 0,7.

Корректирующий коэффициент - определяется по формуле:

 (3.10)

где - коэффициент, учитывающий влияние материала заготовки;

- коэффициент, учитывающий материал режущей части,

- коэффициент, учитывающий глубину сверления,

Коэффициент рассчитывается по формуле:

(3.11)

где - предел прочности материала заготовки,

n_v = 1,0.

Тогда:

Тогда:

Рассчитываем частоту вращения станка n_р:

(3.12)

Принимаем = 1000 .

Тогда:

Окончательно принимаем V = 25 м/мин.

Расчет технической нормы времени

Технические нормы времени в условиях массового и серийного производств устанавливаются расчетно-аналитическим методом.

Приведем пример расчета для токарной операции. Расчет ведем по справочным данным.

В серийном производстве норма штучно-калькуляционного времени Т_ш-к определяется по формуле:

(3.13)

где Т_п-з - подготовительно-заключительное время, мин;

n - количество деталей в настроечной партии, шт.;

Т_о - основное время, мин;

Т_у.с. - время на установку и снятие детали, мин;

Т_з.о. - время на закрепление и открепление детали, мин;

Т_уп - время на приемы управления, мин;

Т_из - время на измерение детали, мин;

k - коэффициент, учитывающий нормирование вспомогательного времени в серийном производстве;

Т_об.от. - время на обслуживание рабочего места и время перерывов, мин.

Количество деталей в настроечной партии определяется по формуле:

(3.14)

где N_г - годовая программа, шт;

а - периодичность запуска, принимаем равной 2 дня;

F - количество рабочих дней в году.

Время на включение станка кнопкой равно Т_у.п. = 0,02 мин;

Время на измерение детали Т_из =0,12 мин.

Рассчитываем техническую норму времени для первого перехода:

Остальные расчеты по технической норме времени сводим в таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Технические нормы времени

Наименование операций	То	Тв	Тот	Тшт	Тп-з	Тш-к
		Ту.с.+ Тз.о.	Туп	Тиз
I Токарная	4,707	0,16	0,22	0,22	0,039	1,363	4	10,051
II Токарная	2,477	0,12	0,18	0,22	0,039	1,363	4	8,321
Сверлильная	1,069	0,09	0,16	0,074	0,0339	1,284	4	7,702
I Фрезерная	1,14	0,09	0,16	0,074	0,0339	1,384	4	5,28
I Плоскошлифовальная	0,72	0,08	0,06	0,17	0,061	2	4	6,28
II Плоскошлифо-вальная	0,62	0,08	0,06	0,17	0,061	2	4	6,18
Внутришлифовальная	0,4	0,01	0,06	0,17	0,061	2	4	5,82

3.2 Разработка управляющей программы для станка с ЧПУ

Технологическая информация

Техническая характеристика станка с ЧПУ:

Наибольший диаметр обрабатываемой детали, мм 400;

Наибольшая длина продольного перемещения, мм 900;

Наибольшая длина поперечного перемещения суппорта, мм 250;

Диапазон скоростей вращения шпинделя, об\мин 12,5-2000;

Число скоростей 22;

Наибольшая скорость продольной подачи, мм\мин 1200;

Диапазоны скоростей подач, мм\мин:

- продольная 3 - 1200;

- поперечная 1,5 - 600;

Скорость быстрого хода, мм\мин:

- продольная 4800;

- поперечная 2400;

Мощность электродвигателя главного движения, кВт 10.

Состав технологических переходов и инструментов:

Токарная операция производится следующим образом: заготовка устанавливается в самоцентрирующем трех кулачковом токарном патроне консольно, с упором по торцу.

- подрезать торец;

- точить Ш 151 мм на длину l = 12 мм;

Режущий инструмент:

- проходной упорный правый с механическим креплением твердосплавной пластиной ГОСТ 18872-73;

Режимы резания указаны в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Режимы резания

№	Наименование перехода	Глубина резания t, мм	подача	Скорость резания V, мм/мин	Частота Вращения n, об/мин
			S, мм/об	F, мм/мин
1.1	Подрезать торец	1	0,2	100	90	500
1.2	Точить Ш 151 мм на длину l = 12 мм	2	0,4	140	170	350

Коды используемых команд

% - начало ...