Материал: Разработка конструкции и технологии изготовления штампового инструмента для изготовления железнодорожной шайбы

Время включения и выключения муфты обычно не должно превышать нескольких десятых долей секунды.

Тормоза. Тормоз предназначен для поглощения энергии ведомых частей пресса после выключения муфты. Тормоз постоянно включен, например пружинами, и выключается одновременно с включением муфты. Торможение происходит за счет сцепления фрикционной пары ведомых частей привода с неподвижно закрепленными частями тормоза.

В структуру системы управления входят органы включения, механизм управления и отключающие устройства. Механизм управления, воспринимающий команду от включающего органа передает ее муфте и тормозу при помощи пневматической системы.

2.3.1 Расчет основных исполнительных элементов системы управления

На кривошипном пресс с усилием 100 т.е. фрикционная муфта включения и тормоз установлены консольно на разных концах главного вала.

Исходными данными при проектировании муфты являются: принятая конструкция муфты и максимальный крутящий момент, действующий на главном валу.

Для определения габаритных размеров пневмоцилиндра муфты необходимо знать расчетное рабочее давление рр и давление рс1, необходимое для преодоления силы затяжки отводных пружин.

Принимаем расчетное рабочее давление рр = 0,3 - 0,35 МПа, по табл. 15

Давление рс1 принимается в зависимости от быстроходности пресса, для машин с nн = 60-120 ход/мин - рc1 = 0,045МПа.

Определяем площадь поршня пневмоцилиндра:

где Fn - площадь поршня пневмоцилиндра;

Мрас.м - 46697,3 Нм, - расчетный момент муфты;

μ,q = 0,441 - приведенный коэффициент трения;- количество поверхностей трения;= 278 мм - средний радиус трения.

Диаметр поршня будет равен:

D=1.13 мм,

Принимаем диаметр поршня D = 800 мм.

Полный ход поршня составляет 1,5:2,5 мм (для муфт с регулируемым зазором).

Тормоз предназначен для выключения, остановки привода и исполнительного механизма после выключения муфты.

Расчет тормоза сводится к определению тормозного момента и выбору силовых элементов, которые будут обеспечивать получение требуемого момента.

Расчетный тормозной момент определяется по формуле:

где к∙т =1.65 - показатель момента тормоза;

Іпр - момент инерции ведомых деталей привода, приведенный к валу тормоза, Іпр = 6,24 кг∙ м2;= 1,2 - коэффициент относительного момента инерции тормоза;м - относительный момент инерции, зависящий от числа оборотов вала муфты, Jм = 2,8 при nм<\100 об/мин;

ωТ - угловая скорость вала тормоза, ωТ = 8,37 с-1;

nвк = (0,3: 0,55)nH - число включений муфты, nвк = 0,55 · 80 = 44;

φη ≤15° ≤0,7пн - расчетный угол торможения для обычных систем, для универсальных листоштамповочных прессов при угле торможения αТ = 12°, расчетный угол будет равен ϕт =12° =0,5nн =40.

В качестве материала фрикционных вставок выбираем вставки круглой формы из ретинакса РФ-24.

Оптимальные параметры фрикционных материалов при использовании их в тормозах:

давление q = 1,0... 1,2 МПа,

коэффициент взаимного перекрытия квз = 0,45,

относительная ширина кольца трения δ = 0,5.

коэффициент трения μq = 0,42.

коэффициент формы δф = 1,115.

Приведенный коэффициент трения находим из выражения:

μ,q= μq ∙ δф

μ,q =0,42∙1,115 = 0,468.

Проектирование тормоза ведется по значению среднего радиуса Rcp определенного из условия передачи заданного расчетного момента:

Определение габаритных размеров пневмоцилиндра.

Расчетным усилием пружины тормоза является усилие сжатия пружины, возникающее при отключении тормоза, определяемое по следующим выражениям (расчет параметров пружины производится по большему из усилий):

 , H, (2.48)

 , H, (2.49)

Коэффициент ψ'ηρ, для тормозных пружин определяется из условия, что их активное нажимное усилие между двумя регулировками тормоза в процессе работы не должно измениться больше чем на 15%. В этом случае ῳ'пр ≥0,85.

Коэффициент ψηρ ≥ 0,75.

Величина износа h*0 для регулируемых тормозов h∙Q = 0,4 : 0,8см.

Рабочее усилие одной пружины Рпр находим из выражения:

где  = 235 мм - приведенный радиус трения;

тпр = 6 - количество пружин.

Рпр”=340,94[1+(1-0.85)=340.94 H.

Рпр”=340,94[0.75+(1-0.75)]=312.5 H

поршня Fn находим из выражения:

pp= 0,3 - 0,35 МПа - рабочее давление;

Fn=Определим диаметр кольцевого поршня:

Dn= , мм                                                                      (2.52)

где dn =125 мм - внутренний диаметр поршня, ограничен конструктивно.

Dn = =340 мм.

Прорисовываем тормоз с основными размерами и приводим описание его работы.

2.3.2 Разработка схемы управления

Выбор схемы управления осуществляем по рекомендациям, разработанным по результатам эксплуатации удовлетворительно работающих систем пневмоуправления кривошипных прессов (табл. 20).

Согласно рекомендаций наиболее применима схема для раздельно установленных муфты и тормоза с неуправляемой или самоуправляемой подводящей головкой, все цепи которой являются силовыми.

Согласно типовой схемы разрабатываем принципиальную схему управления приводом пресса.

Элементы пневматической системы объединены в общее для пресса устройство - воздухопровод. В состав воздухопровода входят специальные устройства: воздухоподводящая головка, распределители воздуха и воздушная арматура, а также трубы, вентили, обратный клапан, регулятор давления, фильтр, маслораспылитель, предохранительный клапан, манометры. В качестве аккумулятора сжатого воздуха используется воздушный ресивер.

Описание схемы управления.

Из сети сжатый воздух поступает через вентиль в фильтр-влагоотделитель. Вращением винта регулятора давления устанавливается необходимое рабочее давление в сети муфты и тормоза и контролируется манометром. Предохранительный клапан отрегулирован на давление 6 кг/см2 и срабатывает при превышении давления. Реле давления выключает пресс при падении давления ниже допустимого. Запас воздуха в ресивере компенсирует резкое падение давления при заполнении цилиндров муфты и тормоза маслораспылитель в поступающий из ресивера воздух добавляет распыленное масло, которым смазываются распределители воздуха воздухоподводящая головка и цилиндры муфты и тормоза.

Распределители воздуха муфты, тормоза и воздухоподводящая головка создают следующую последовательность работы муфты и тормоза: при включении хода ползуна - выключение тормоза, затем - включение муфты; при выключении хода ползуна - выключение муфты, затем - включение тормоза.

Тормоз маховика предназначен для быстрой остановки маховика при выключении электродвигателя, используется при наладочных работах и в аварийных случаях.

При включении воздушного клапана воздух поступает в цилиндр тормоза, прижимая вкладыш к ободу маховика, затормаживая его вращение.

Для ускоренного впуска сжатого воздуха в муфту и сброса отработавшего воздуха в атмосферу предназначена самоуправляемая воздухоподводящая головка, соединяющая через подшипниковый узел вращающуюся крышку муфты с неподвижными трубами.

Подача воздуха в муфту осуществляется через неподвижную трубу, далее через отверстия в шайбе, смонтированной в корпусе, и резиновую диафрагму, отжатую к корпусу. Одновременно с этим происходит закрытие выхлопных отверстий в корпусе. При выключении воздухораспределителя снимается подпор на диафрагму и она занимает исходное положение, т. е. открывает выхлопные отверстия в корпусе.

Распределитель воздуха является исполнительным механизмом одновременно обеих цепей управления: электрической и пневматической. Сигналы в электрической цепи управления воспринимает электромагнит, якорь которого перемещает золотник вспомогательного распределителя

При включении электромагнита золотник поднимается и пропускает сжатый воздух от ресивера в полость над поршнем основного распределителя. В результате поршень опускаясь, перекрывает выпускные окна, а благодаря открытию клапана сжатый воздух также от ресивера поступает в полость воздухоподводящей головки.

Установка в схеме двух распределителей - основного и вспомогательного позволяет намного уменьшить расход сжатого воздуха при его выпуске в атмосферу после выключения муфты, поскольку размеры проходных сечений каналов и трубопроводов, связывающих распределители между собой и с муфтой, могут быть небольшими.

Электропневматическая система управления обеспечивает работу пресса в следующих режимах.

.            Режим одиночных ходов, когда главный исполнительный механизм останавливается после совершения каждого двойного хода независимо от продолжительности нажатия на кнопки или педаль; выключатели муфты и тормоза действуют автоматически по команде от кулачков. Для совершения последующего хода органы включения должны быть отпущены и вновь нажаты.

2.      Режим автоматических последовательных ходов, когда главный исполнительный механизм движется до тех пор, пока нажаты кнопки или педаль, но обязательно останавливается при их отключении в крайнем верхнем (заднем) положении. Выключатели муфты и тормоза на время нажатия кнопок или педали заблокированы, но блокировка снимается при очередном подходе к крайнему положению, если перед этим были отпущены кнопки или педаль.

.        Режим наладочных (толчковых) ходов, когда движение главного исполнительного механизма, вызванное нажатием на органы включения, немедленно прекращается: выключатели муфты и тормоза заблокированы и цепь электромагнитов воздухораспределителей замыкается и размыкается только при действии на кнопки или педаль управления.

2.3.3 Определение объема и трубопроводов цепи наполнения ресивера

На основании компоновочных чертежей муфты и тормоза определяются вредные объемы муфты Vо.м и тормоза Vо.м и приращения объемов для муфты и для тормоза [13]:

V1m=Fп.мhп.м , см3                                                                     (2.53)

где Fпм = 5026,54 см2 - площадь поршня муфт

Fпм = 753,98 см2 - площадь поршня тормоза;

hпм= 2,5 мм - максимальный рабочий ход поршня муфты,

hnm = 1,5 мм - максимальный рабочий ход поршня тормоза,

V0M = 5026,54 ∙ 0,5 = 2513,27 см3,

V0 m = 753,98 ∙ 0,3 = 226,19 см3,

VlM =5026,54 ∙ 0,25 = 1256,63 см3,

Vl m = 753,98 ∙ 0,15 = 113,09 см3,

Выражения для полных объемов муфты и тормоза,

м=V0м+V1м , Vm=V0m+V1m , см3                                            (2.54)

Vм = 2513,27 + 1256,63 = 3769,9 см3,

Vm = 226,19 +113,09 = 339,28 см3,

Объем ресивера равен:

Vp=cv(Vм+Vm), см3                                                                     (2.55)

В зависимости от заданного перепада давлений Δр коэффициент сv равен:

Δp=(0,1:0,2)3,5=0.35:0.7 МПа,

сv=((0.286∙3.5+1)=8.004

Vp=8(3769.9+339.28) =32873.44 см3

Эффективное сечение ξнрfнр цепи наполнения ресивера составляет:

ξнрfнр >2.3∙10-7(Vм+Vm)nвк , (2.57)

ξнрfнр >2,3∙10-7(3769,9+339,28)44>0,488

Выбор диаметра трубопровода Dy цепи наполнения ресивера производим в зависимости от величины ξнрfнр по данным табл. 21[13].

Принимаем Dyp =25 мм (1 дюйм).

2.3.4 Определяем диаметр трубопровода муфты

Эффективное сечение цепи наполнения пневмоцилиндра муфты определяется из условия обеспечения полного включения муфты к началу рабочего хода:

Значение коэффициента ϕм = 40° берем из табл. 22

ξнрfнр≥2,17510-43769,9≥0,9

Диаметр трубопровода Dy цепи наполнения силового цилиндра муфты выбирается в зависимости от величины ξнfн и типа воздухораспределительного устройства, применяемого для подачи сжатого воздуха из ресивера в муфту, по данным табл. 23 [13].

Принимаем Dyм = 20 мм (3/4 дюйма).

Эффективное сечение ξоn.м fon.м цепи опоражнивания пневмоцилиндра муфты составляет:

ξнfн>1,89∙10-6Vмnвк                                                                    (2.59)

ξнfн>1.89∙10-63769.9∙44>3.1

Эффективное сечение цепи опоражнивания пневмоцилиндра муфты при использовании схемы управления с самоуправляемой воздухоподводящей головкой выбираем по табл. 25 [3].

Don м - 25 мм (1 дюйм).

2.3.5 Определяем  диаметр трубопровода тормоза

Минимальное эффективное сечение цепи наполнения пневмоцилиндра тормоза определяется из условия:

Давление рс1м для запроектированной муфты и рс1,т для запроектированного тормоза определяются по формуле:

pc1м , МПа, Pc1m , МПа, (2.61)

Расчетное усилие затяжки пружин муфты Рпр.м и тормоза Рпр,т и число пружин mпр берется из проектировочных расчетов муфты и тормоза.

Pc1.м≈0,62 МПа.

Pс1.m≈≈0.346 МПа.

ξн.mfn.m>0.9>0.29

Диаметр трубопровода выбирается, в зависимости от эффективного сечения ξн тfн т по табл. 23.

Dy.m = 15 мм (1/2 дюйма)

Эффективное сечение цепи опоражнивания силового цилиндра тормоза находим из выражения:

ξon..mfon..m> , (2.62)

Коэффициент зависит от рабочего давления.

При рp = 0,3 : 0,4 МПа, коэффициент af = 0.45.

ξon..mfon..m>0.45>0.37

Выбор диаметра трубопровода производится по табл. 24 [13].

Don m = 15 мм (1/2 дюйма)

Так как ξon..mfon..m = 0,37 >        ξн.mfн.м=0,29 то в данной системе пневмоуправления тормоза необходимо применять управляемую или неуправляемую головку.

2.3.6 Определение суммарного времени включения муфты

Суммарное время включения находим из выражения:

∑tвк=tэ.м+tкл.1+tм , сек, (2.63)