Дипломная (вкр): Модернизация клещей автоматических для транспортировки одного рулона листовой стали с грузоподъемностью тридцать пять тонн

Рисунок 2.2 - Схема грузозахватного устройства:

- траверса; 2 - обойма; 3 - рычаг; 4 - шарнир; 5 - крюк; 6 - направляющая ; 7 - подвеска; 8 - общий шарнир ; 9 - штоковый затвор ; 10 - планка ; 11 - серьги ; 12 - клещевина ; 13 - прижимные губки

Рисунок 2.3 - Затвор-автомат

Затвор-автомат в соответствии с рисунком 2.3 состоит из двух кулачков (нижний "К" и верхний "К "), заключенных в направляющей "Т", и штока "R" с пальцем "F". Цилиндрические части кулачков (на рисунке показана развертка) имеют криволинейные вырезы, выполненные таким образом, чтобы при соединении кулачков в общей направляющей между кривыми создавался паз-копир, по которому передвигается палец "F" штока "R", имеющего шаровидную опору. На фланцах к верхнему кулачку присоединен верхний шарнир О затвора, к корпусу штока - нижний шарнир О. Паз-копир выполнен таким образом, что выступы кривой нижнего кулачка смещены на некоторый угол относительно впадин верхнего кулачка. При работе затвора этим обеспечивается вращательное движение штока "R" всегда в одном направлении. Впадины кривой нижнего кулачка выполнены переменной глубины, в результате чего ход затвора-автомата имеет разную величину, периодически повторяющуюся в зависимости от выполняемых ГУ операций. Сжатое положение затвора является рабочим, при котором ГУ полностью раскрыто. При захвате рулонов затвор занимает минимально растянутое положение, в рабочем положении (захват без рулона) он максимально растянут.

.2 Описание работы грузозахватного устройства

Клещи работают по принципу самозатягивания от веса поднимаемого рулона и веса клещей. Зажатие рулона осуществляется системой шарнирных рычагов. Захват и освобождение рулона производится при помощи затвора-автомата, позволяющего за каждое опускание клещей на рулон производить периодически то захват, то освобождение рулона. На 4 листе данного проекта приведены основные положения штока затвора-автомата.

В исходном положении (ГУ без рулона) носок крюка застопорен планкой, чем обеспечивается замыкание рычажной системы. При подходе к рулону затвор-автомат максимально растянут, клещи находятся в раскрытом положении. При установке ГУ на рулон оно полностью раскрывается под действием собственного веса, крюк скользя по радиусной поверхности по планке 10, отклоняется от вертикального положения и сжимает затвор-автомат до минимального значения. При подъеме груза затвор-автомат под действием собственного веса и веса крюка удлиняется, крюк проходит мимо планки и ГУ захватывает рулон. В местах разгрузки клещи освобождаются от рулона под действием собственного веса и полностью раскрываются. Затвор-автомат сжимается до минимального размера, а при подъеме удлиняется до максимального. Крюк захватывает перемычку и поднимается в раскрытом положении. Начинается следующий цикл работы.

2.3 Расчет и конструирование грузозахватного устройства

.3.1 Расчет силы сжатия

В рычажных фрикционных самозажимных ГУ захватные органы сжимают боковую поверхность груза и удерживают его силой трения. Зажимное устройство обеспечивает необходимую силу сжатия рисунок 2.4:

Рисунок 2.4 - Расчетная схема силы сжатия

Сила R взаимодействия ГУ с грузом может быть разложена на нормальную V и касательную Т составляющие. При уменьшении сил N или V ниже определенного значения наступит проскальзывание груза. Для надежного удержания груза на захватных органах необходимо развить усилие зажима:

= k Qг /(2×μ), Н, (2.1)

где k= 1,25...1,6 - коэффициент запаса силы сжатия [1];г - вес груза, Н;

μ= 0,12...0,15 - коэффициент трения между контактными поверхностями захватного органа и груза [7, стр. 172];г = 35000 кг при размерах рулона D×d×h = 2100×850×1850 мм;г = 7500 кг при размерах рулона D×d×h= 1400×850×1850 мм.

Скольжение отсутствует при условии, что сила трения F на контактных поверхностях равна весу груза или превышает его:

F = N×μ ≥ Qг×μ/2, Н, (2.2)

Во время возрастания усилия зажима при одновременном подъеме груза происходит скольжение рабочих площадок захватных органов по поверхности груза, что может привести к его повреждению. Поэтому зажимное усилие должно быть развито полностью до начала подъема груза, т.е. под действие веса ГУ. В этом случае:

F = G×μ×u×η/2, Н, (2.3)

где G - вес ГУ, Н;= 2N/Q - передаточная функция зажимного устройства;

η - КПД ГУ.

Рисунок 2.5 - Стягивающая рычажная система клещей

Силу сжатия N и усилия в шарнирах определяем из уравнения равновесия отдельных звеньев относительно оси шарнира.

Для клещей со стягивающей рычажной системой силу сжатия N и реакцию в шарнирах определяем следующим образом: на рычаг 1 действуют силы S и 0,5Qг, силы N и R3.1 (R3.1 совпадает с направлением звена 3, так как на него не действуют никакие внешние силы) в соответствии с рисунком 2.5:

Усилия S, действующие в шарнирах тяг 2 и 4, можно найти из условия равновесия узла А, раскладывая силу Qг на составляющие по направлению тяг 2 и 4 в соответствии с рисунком 2.6:

Рисунок 2.6 - Направления сил

При угле между вертикалью и тягой 2:

= (Qг +G3)/(2×cosα), Н, (2.4)

где G - вес ГУ (G3 =12100кг).

Таблица 2.1 - Результаты расчетов

Для максимального груза:

S2100 = (35000+12100)/(2×cos61,19) = 48900, кг,

Для минимального груза:

S1400 = (7500+12100)/(2×cos39,47) = 12700, кг.

Из уравнения равновесия рычагов относительно шарнира Д:

S×a + 0,5×Qг×с- N×b = 0, (2.5)= (S×a + 0,5×Qг×с)/b, (2.6)2100 = (48900×1795,4 + 0,5×35000×98,5)/490 = 182700, кг,

N1400 = (12700×2498,7 + 0,5×7500×79,5)/494 = 64850, кг.

Коэффициент запаса зажатия:

k = N×2×μ/Qг , (2.7)

k2100 = 182700×2×0,13/35000 = 1,36≥[k]=1,25...1,6

k1400 = 64850×2×0,13/7500 = 2,25≥[k].

Условие зажатия груза выполнено.

.3.2 Расчет кинематики ГУ

Соотношение плеч ГУ в соответствии с рисунком 2.7 определяется выражением:

/μ= [(a×(1+G3/Q2))/cos α+c]/b, (2.8)

Расчетная схема в соответствии с рисунком 2.7. Расчетные данные сведены в таблицу 2.2:

Таблица 2.2 - Результаты расчетов кинематики ГУ

Рисунок 2.7- Кинематика ГУ

2.3.3 Расчет оси в сечении А-А

На ось в сечении А-А действуют изгибающие и срезающие нагрузки от сил S и N в соответствии с рисунком 2.8:

Рисунок 2.8 - Ось в сечении А-А

Равнодействующую R3.1 сил S и N находим по формуле:

R =N+S×cos(90˚-α)=N+S×sin(α), кг, (2.9)

Расчет ведем по наибольшей нагрузке Q =35000, кг.

Так как клещевина состоит из двух симметричных щековин, то

S =S/2=48900/2=24450, кг,=N/2=182700/2=91350, кг,

R3.1 = 91350+24450×sin(61,19)=112780, кг.

Эквивалентное напряжение от действия срезающих и изгибающих сил:

σэкв= √σu2 +3τср2≤[σ], кг/см2 [6, стр. 146]

Изгибающий момент в сечении:

Мизг =R3.1×l4 =112780×7,5=845850, кг×см.

Момент сопротивления:

W=0,1×D3 =0,1×193 =686, см3,

σu = Мизг /W =845850/686 =1233, кг/см3,

τср =R3.1/F =[R3.1/(π×D2)]×4=[112780/(π×192)]×4=398, кг/см2,

σэкв= √12332 +3×3982=1296 кг/см2≤[σm]= 3150 (для стали 40ХН ГОСТ

-70).

Коэффициент запаса:

K2 = [σp]/ [σэкв]=3150/1296 =2,4.

СОД

.3.4 Расчет клещевины в сечении А-А

В сечении А-А действует изгибающая нагрузка от силы S1 на плече а в соответствии с рисунком 2.7

Mизг =S1×a = 24450×179,5 = 4,4×106, кг×см.

Размеры сечения клещевины показаны на рисунке 2.8

Момент сопротивления сечения:

W=J/ymax =b1×h13/(12×ymax)=8×50,53/(12×25,3)=3400, см3,

σ =Мизг/W=4,4×106/3400=1294, кг/см2,

предел текучести для стали 265-09Г2С ГОСТ 19281-89:

[σm]=2650, кг/см2

Коэффициент запаса:

n= [σm]/ σ=2650/1294 =2,05.

.3.5 Расчет серьги в сечении А-А

Площадь сечения серьги:

F5 =(h5 -D)×b5=(40-19)×5=105, см2,

Расчетное усилие:

S5 =(Qг /4)×сos (ω), кг,

ω =arctg (c/b)=arctg(98,5/490,2)=11,36˚,5 =(35000/4)×сos(11,36)=8580, кг.

Напряжение растяжения:

σp =S5 /(2 × F5 )=8580/(105)=82, кг/см2≤[σ]

.3.6 Расчет оси в сечении Б-Б

Ось в сечении Б-Б представлена на рисунке 2.9:

Рисунок 2.9 - Ось в сечении Б-Б

Изгибающий момент в сечении:

М=(Qг+G3)×11=(35000+12100)×11=518100, кг×см.

Момент сопротивления сечения:

W=0,1×d3 =0,1×12,53 =195,3, см3.

Напряжение изгиба:

σ =M/(2×W)=518100/(2×195,3)=1326, кг/см2,

[σ ]=3150, кг/см2 (поковка КП 315, сталь 40ХН ГОСТ 8479-70).

Коэффициент запаса:

n=[σ ]/ σ =3150/1326 =2,3.

Запас прочности обеспечен.

.3.7 Расчет оси губки

Расчетная схема оси губки представлена на рисунке 2.10:

Рисунок 2.10 - Расчетная схема оси губки

Максимальный изгибающий момент:

Мизг=[(N×l7)/2] ×(1-c/4×l7)=[(182700×13)/2] ×(1-18/4×13)=776500, кг×см.

Момент сопротивления сечения оси:

W=0,1×d73 =0,1×173 =491,3, см3.

Напряжения в сечении оси:

σ=Mизг/W=776500/491,3=1581, кг/см2≤[σ]=3150 (поковка КП315, сталь 40ХН ГОСТ 8479-70).

Коэффициент запаса прочности оси:

n=[σ ]/ σ =3150/1581 =2

2.3.8 Расчет клещевины

Опасное сечение А-А в соответствии с рисунком 2.11 и рисунком 2.12:

Рисунок 2.11- Эскиз клещевины

Рисунок 2.12 - Сечение А-А

Расчет ведем по теории кривого бруса, т.к. сечение имеет большую кривизну (R/h=487,5/745=0,65 < 5).

Площадь сечения:

F=B×h=17,5×75=1312,5, см2

Радиус кривизны нейтрального слоя:о =F/(B×ln(R2/R1))=1312,5/(17,5×ln(86,5/11,5))=37, см.

Смещение нейтральной оси от оси центра тяжести сечения:=R-Rо =49-37=11,8, см.

Изгибающий момент в сечении:

M=N×l8 =182700×57=10,4×106, кг×см.

Определяем напряжения в сечении:

для внутреннего слоя:

σв=N/F+[M/(F×e)]×[(Ro-R1)/R1=182700/1312,5+

+[(10,4×106) / (1312,5×11,8)]×(37-11,5)/11,5 =1630, кг/см2

- для наружного слоя:

σн=N/F+[M/(F×e)]×[(R2-R0)/R2 = 182700/1312,5+

+[(10,4×106)/(1312,5×11,8)]×(86,5-37)/86,5=524, кг/см2.

Предел текучести для стали 325-09Г2С = 3300, кг/см2 (таблица 2. ГОСТ 19281-89).

Запас прочности:

для внутреннего слоя

n=σm/σв=3300/1630=2,02

Допускаемый минимальный коэффициент запаса прочности [n]=2 [16, стр. 183].

В сечении Б-Б действуют растягивающие усилия в соответствии с рисунком 2.11

Расчет ведем по формуле Ляме:

σmax=[N/(B×D)]×[(h2+D2/4)/(h2-D2/4)]=[182700/(175×21)]×

× [(272+212/4)/(272-212/4)]=686 < σm.

Запас прочности:

n=σm/σmax=3300/686=4,8

.3.9 Расчет проушины тяг

Эскиз проушины представлен на рисунке 2.13:

Рисунок 2.13 - Опасные сечения проушины тяг

Растягивающее усилие: S=48900, кг.

Площадь сечения:=(22-14)×0,5+(24-14)×4,5=49, см2.

Напряжения растяжения в сечении проушины:

σ=Р/F=48900/49=998, кг/см2,

Материал тяги 265-09Г2С ГОСТ 19281-89 - [σ]=2650, кг/см2.

Коэффициент запаса прочности:

n=[σ]/σ=2650/998=2,66

Условие прочности выполнено.

.3.10 Расчет оси подвески

Эскиз оси подвески представлен на рисунке 2.14:

Рисунок 2.14 - Эскиз оси подвески

На рисунке 2.15 показана расчетная схема оси подвески:

Рисунок 2.15- Расчетная схема оси подвески

Расчетная сила:

где Р - масса клещей;

к - коэффициент динамичности, (к=1,15);

Q - масса груза, (Q=35000, кг).

Изгибающий момент:

М=Ррасч×(L1-c/2)/4=54165×(32-24/2)/4=2,7×105, кг.

Момент сопротивления сечения:

Wx=0,1×d3=0,1×12,53=195, см3.

Напряжение изгиба:

σ=М/Wx=2,7×105/195=1385, кг/см2.

Коэффициент запаса прочности:

n=σm/σ=3950/1385=2,8,

где σm=3950, кг/см2, материал поковка КП 395, сталь 40ХН ГОСТ 8479-70.

2.3.11 Расчет щеки подвески

Эскиз щеки подвески представлен в соответствии с рисунком 2.16:

Рисунок 2.16 - Эскиз щеки подвески

Напряжение в сечении щеки определяем по формуле Ляме:

σmax = [Ррасч/(2×S×d)]×[(h2+d2/4)/(h2 -d2/4)] =

= [54165/(2×4,5×12,5)]×[(162+12,52/4)/(162-12,52/4)] = 655, кг/см2

Материал щеки сталь 295-09Г2С ГОСТ 19281-89 (предел текучести σm=2950, кг/см2).

Запас прочности сечения:

n=σm/σmax=2950/741,2=4,5

Запас прочности обеспечен.

3. Технологическая часть

Количество выпускаемой продукции, эффективность производства и его технический прогресс во многом зависит от развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от всемерного внедрения методов технико-экономического анализа.

Для разработки технологического процесса на изготовление детали необходимо полностью провести анализ детали, определить ее технологичность, основные операции по обработке детали, тип производства, разработать режимы резания, дать технико-экономическую оценку.

.1 Описание назначения и конструкции детали