Дипломная работа: Реконструкция автопромышленного предприятия ИП Моисеев

Рисунок 4.3 - Съемник GEDORE 8026030

На ремонтных предприятиях автотранспорта наиболеераспространены съемники гидравлические отечественного производителя «Титан» марки

ТНН-21. Однако такие съемники более затратны в изготовлении, как показано на рисунке 4.4, но, их быстродействие и простота конструкции удовлетворяет потребности для полноценного использования в условиях АТП и СТО. Корпус таких съемников состоит из легированной высокоуглеродистой стали с последующей фрезеровкой. Креплением к ступице, опять же является шпилечное соединение.

Рисунок 4.4 - Съемник ТТН-21

Сопряжение корпуса с гидравлическим цилиндром выполнено в виде резьбового соединения, что требует использовать гидравлический цилиндр специального исполнения, тем самым удорожая стоимость приспособления.

Привод на съемнике рабочим усилием до 1000Н, как правило, используется ручной, но при больших усилиях может использоваться и электрогидравлический.

Анализ параметров конструкций съемников приведен в таблице 4.5.

Таблица 4.5 - Анализ конструкций

Представленные выше конструкции, имеют право на существования, и эффективны при применении в рамках своих задач. Хотя во многих случаях, при снятии ступицы данными съемниками повреждается задний сальник, который очень дорогостоящий, поэтому существует необходимость использования оправок.

В нашем случае необходим съемник для обслуживания грузовых автомобилей на небольшой ремонтной базе. Основная задача - снятие и установка ступиц.

Как показывает практика, необходимым усилием для выполнения данного спектра работ являются усилия от 900 до 1000Н.

Для расчета в проекте примем усилие равное 970Н. Соответственно, с учетом усилия целесообразнее применение пневматической подачи воздуха. Конструкция проектируемого съемника - многофункциональная разборная.

Для повышения удобства и универсальности использования, будут разработаны оправки для снятия ступицы без повреждения заднего сальника для грузовых автомобилей марки MAN, Volvo и Iveco.

4.2 Принципиальная схема съемника, конструкция и принцип работы

Проектируемый съемник имеет конструкцию подобную съемнику, представленному на рисунке 4.4. Корпусом, на который возлагается основное усилие, представлен в виде п-образной скобы, на концах которой расположены крепежные отверстия. Скоба выполнена путем сварного соединения стальной профильной прямоугольной трубы, сечением 60х40 мм, согласно ГОСТ

8645-68.

Переходная плита и крепежный фланец выполняются из листовой стали Ст3 ГОСТ 13663-86. Усилие на пневмоцилиндре ПЦ 1211-40250-УШ60-УХЛ4, согласно ГОСТ 15608-81, создается посредством подачи сжатого воздуха с давлением 2МПа через распределитель , создающим усилие 970Н. Оправки выполнены из прута алюминия Д16 12 ГОСТ 21488-97 посредством механической токарной обработки.

Рисунок 4.6 - Общий вид проектируемого съемника:

1 - пневматический цилиндр; 2 - крепежный винт; 3 - переходная плита; 4 - оправка для ступицы; 5 - п-образная скоба

Чтобы начать работу со съемником, изображенном на рисунка 4.6, необходимо: снять колесо и полуось; открутить стопорную гайку ступицы; установить оправку для ступицы 4; закрепить п-образную скобу 5 на колесные шпильки через колесные гайки; установить пневматический цилиндр 1, с уже закрепленной на переднем торце переходной плитой 3, на п-образную скобу 5 через крепежные винты 2. Из внутрицеховой магистрали подается сжатый воздух под давлением не более 2МПа, по трубопроводу через распределительный клапан воздуха, поступает в рабочую полость пневмоцилиндра, что приводит в движение шток. Возврат штока в начальное положение осуществляется при помощи возвратной пружины и перекрытием подачи воздуха распределительным клапаном.

4.3 Расчет конструкции приспособления съемника

4.3.1 Расчет пневмоцилиндра

Рабочим механизмом является пневматический цилиндр.

Рассмотрена задача выбора параметров одностороннего привода с пружиной в предположении, что закон движения его поршня близок к установленному. Под установившимся движением понимается предельный закон движения, характерный для малоинерционных приводов. Расчетная схема одностороннего пневмопривода приведена на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 - Расчетная схема привода с односторонним действием

Односторонние пневмоустройства получили широкое применение как силовые исполнительные устройства, а также как элементы систем управления.

Сжатый воздух поступает только в одну из полостей цилиндра, приводя в поступательное движение рабочий орган.

Обратный ход его совершается под действием возвратной пружины или силы тяжести. Обычно пневмопривод одностороннего действия применяют при небольшом рабочем ходе, что обусловлено наличием пружины.

В положении, изображенном на рисунке 4.7, сжатый воздух из магистрали через крановый распределитель 1 поступает в рабочую полость пневматического цилиндра 2. Вторая полость цилиндра постоянно соединена с атмосферой. Под воздействием сжатого воздуха поршень 3 перемещается вправо, сжимая пружину 4. После переключения распределителя (положение изображенное штриховой линией) полость цилиндра сообщается с атмосферой, давление в ней падает, и поршень под действием пружины перемещается во второе крайнее положение слева. Когда полость цилиндра соединена с магистралью, давление сжатого воздуха является движущей силой.

Если полость рабочего цилиндра соединена с атмосферой, и из нее происходит истечение сжатого воздуха, то сила давления сжатого воздуха направлена в сторону, противоположную перемещению поршня. В этом случае полость рабочего цилиндра является полостью выхлопа.

Для расчета стенда необходимо определить полезную площадь поршня и эффективную площадь проходного сечения.

Для этого необходимо задаться некоторыми исходными данными:

ход поршня S =0,3 м;

давление во внутрицеховой магистрали Р_м=2 МПа;

сила трения в уплотнениях поршня и штока Р₁=200 Н;

сила сопротивления усилиям штока Р₂=700 Н;

сила предварительной затяжки пружины Р₀=70 Н;

средняя скорость движения поршня V_ср=0,015 м/с;

жесткость пружины с=1,36 Н/мм;

время хода поршня T_s=20 с;

вес подвижного механизма m=10 Н.

Вначале проверим, насколько удовлетворяется условие (4.1) при заданных исходных величинах, т. е. достаточно ли близок режим движения поршня к установившемуся. В формулу (4.1) подставим V_cp:

д =· ? 0,25, (4.1)

где д - критерий инерционности привода;

Р - сила сопротивления, приложенная к поршню, Н;

m - вес подвижного механизма, Н;

V_cp - средняя скорость движения поршня, м/с;

S - ход поршня, м.

Р =Р₁+Р₂+Р₀, Н, (4.2)

где Р₁ - сила трения в уплотнениях поршня и штока, Н;

Р₂ - сила сопротивления усилиям штока, Н;

Р₀ - сила предварительной затяжки пружины, Н.

, м/с, (4.3)

где T_s - время хода поршня, с.

=0,015, м/с,

д = ·= 0,0087 ? 0,25.

Далее вычислим безразмерную жесткость пружины:

=с·, (4.4)

где с - жесткость пружины, Н/мм.

=1,36·=0,4.

Из рисунка 4.7, находим безразмерную площадь поршня 1/ч, она составляет 2,6.

Рисунок 4.7- Зависимость безразмерной площади проходного сечения входной линии от безразмерной площади поршня для хода вперед одностороннего привода с пружиной при различных значениях безразмерной жесткости пружины

Полезная площадь поверхности поршня:

F =, м² ,(4.5)

F ==1,26·, м².

Ориентировочный диаметр поршня:

D=, мм, (4.6)

D==40, мм.

Эффективная площадь проходного сечения:

f^э =, м², (4.7)

где U_у - безразмерную эффективную площадь проходного сечения

подводящей линии (U_у=8). Выбирается по рисунку 4.7;

g - ускорение свободного падения (g=9,81 м/с²);

k - показатель адиабаты (k=1,4);

R - газовая постоянная (R=29,3 H·м/H°С);

T_м - абсолютная температура (T_м=290 K).

f^э ==1,7· м².

Из расчетов сделанных выше определяем расход сжатого воздуха для питания цилиндра и расход свободного воздуха.

Расход сжатого воздуха для питания цилиндра:

Q=F·Vср, м³/мин. (4.8)

Q=1,26·10^-3·0,015=0,018 м³/мин.

Расход свободного воздуха:

Q_o=, м³/мин. (4.9)

где Р_о - давление свободного воздуха (принимается 0,1 МПа).

Q_o ==0,36 м³/мин.

4.3.2 Расчет пневматического штока на сжатие

Шток цилиндра изготовлен из Ст 40 ГОСТ 1050-88, для которой допускаемое напряжение сжатия [у] = 400МПа.

Максимальное давление компрессора при максимальной подаче составляет 2 МПа.

Радиус штока r _шт = 0,007 м.

Радиус поршня r _порш = 0,02 м.

у = , (4.10)

где у - напряжение сжимающее шток цилиндра МПа;

F - сжимающая сила Н;

S_шт - площадь поперечного сечения штока м²;

n - коэффициент запаса прочности.

F = P·S_порш , (4.11)

где Р - давление насоса, МПа;

S_порш - площадь поперечного сечения поршня м².

S_шт = р?r_шт ², (4.12)

S_шт = 3,14·0,007² = 0,00015 м²

S_порш = р?r_порш ² , (4.13)

S_порш = 3,14·0,02² = 0,00126 м²

F = P·S_порш , (4.14)

F= 2·10⁶ ·0,00126 = 2,52 кН

у ==16,8 МПа.

Условие прочности на сжатие:

у? , МПа. (4.15)

16,8Мпа ? 400МПа

Условие выполняется, следовательно, оставляем значение диаметра равным 40 мм.

Рабочий ход пневмоцилиндра выбирается конструктивно. Принимаем рабочий ход равным 250 мм.

С учетом выбранных размеров поршня и штока, а также с учетом рабочего хода, подбираем пневматический цилиндр, согласно ГОСТ-15608-81: ПЦ 1221- 40250-УШ60-УХЛ4.

4.3.3 Расчет п-образной скобы на изгиб

На верхней части скобы, статически определимой рамы, установлен силовой пневмоцилиндр. При работе съемника рама испытывает напряжение изгиба.

Для расчетов принимаем, что рама установлена на шарнирных опорах. Нагрузка от силового пневмоцилиндра, как показано на рисунке 4.9, передается через переходную плиту, следовательно, усилие на раму является распределенным.

Напряжение изгиба рассчитывается по формуле [11]:

(4.16)

где М - изгибающий момент в опасном сечении, Н·м;

- момент сопротивления сечения при изгибе, м³.

Расчет ведем по допускаемым напряжениям по формуле [11]:

(4.17)

где - допустимое напряжение на изгиб, МПа.

Удельная нагрузка равна рабочему усилию пневмоцилиндра деленному на ширину переходной плиты:

(4.18)

где - ширина переходной плиты пневмоцилиндра, =90 мм.

Рисунок 4.9 - Расчетная схема п-образной скобы съемника

Для вычисления изгибающего момента M необходимо найти реакции в опорах. На рисунке 4.9 намечено предполагаемое направление данных реакций.

Удельная нагрузка:

Из условия равенства нулю суммы проекций всех сил на ось рамы получаем:

Н_А =0 Н. (4.19)

Составляя сумму моментов сил относительно точки В, получим [11]:

(4.20)

отсюда:

Из условия равенства нулю суммы проекций всех сил на ось рамы:

(4.21)

Отсюда:

(4.22)

Наибольший изгибающий момент имеет место посредине пролета, в опасном сечении, где :

(4.23)

Тогда:

Момент сопротивления рамы будет равен сумме моментов сечений всех её элементов в опасном сечении. Рама состоит из трех профильных труб 60Ч40мм ГОСТ 8645-68. Материал труб Ст3 ПС ГОСТ 380-2005. Для данной трубы момент сопротивления сечения равен[12].

Соответственно, суммарный момент сопротивления сечения рамы будет равен

Допустимое напряжение изгиба для Ст3 ГОСТ 380-2005 [10].

Напряжение изгиба:

Условие прочности верхней опорной балки по напряжениям изгиба выполняется:

0,278 МПа ? 140 МПа.

4.3.4 Расчет сварного соединения п-образной скобы

П-образная скоба состоит из трех профильных труб с сечением 60Ч40мм, сваренных между собой по торцам. Сварной шов нагружается при создании усилия гидроцилиндром. Шов необходимо рассчитать.

Исходные данные для расчета шва: