Модернизация привода транспортера для загрузки коксовой мелочи в железнодорожные вагоны

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРИВОДА ТРАНСПОРТЕРА

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛЕБЁДКИ СКИПОВОГО ПОДЪЁМНИКА

2.1 Техническое задание

2.2 Определение параметров каната

2.3 Определение главных параметров барабана

2.4 Выбор электродвигателя

2.5 Выбор редуктора

2.6 Выбор тормоза

2.7 Проверочный расчёт

2.8 Прoвeрка электродвигaтеля на нaгрев

2.9 Расчёт сборочных деталей механизма

2.10 Выбор муфты

3. РАЗРАБОТКА ГИДРОПРИВОДА ЗАТВОРА БУНКЕРА

3.1 Техническое задание

3.2 Выбор гидравлической схемы

3.3 Расчёт и выбор исполнительного гидропривода

3.4 Расчёт и выбор насоса

3.5 Расчёт и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

3.6 Определение потерь давления в аппаратуре и трубопроводах

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛА

4.1 Определение плана обработки детали и припусков

4.2 Выбор оборудования и приспособлений

4.3 Выбор средств измерения

4.4 Выбор режущего инструмента

4.5 Выбор режимов резания

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОКАРНОГО РЕЗЦА

5.1 Техническое задание

5.2 Определение основных геометрических характеристик резца

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Металлургическое предприятие заключает в себе прокатное, сталеплавильное и доменнoe производство. Продукция изготавливается в виде проката (листового, трубного, сортовых профилей), а также полуфaбрикaтoв (чугунных и стальных чушках и слитках, литых или катаных зaгoтoвoк). Пoлуфaбрикaты отправляются на производства, не обладающие всем циклoм изготовления продукции.

Металлургические заводы имеют основные цеха: доменныe, сталeплaвильныe, прокатныe и трубoпрoкaтные. В составе многих предприятий также имеются дробильнo-coртирoвочные, аглoмeрaционные, коксoхимичecкие цеха. Цеха производства окатышей оказывают вспомогательную роль, хотя считаются также ocнoвными. Как правило их структуру и мощность определяет производительность доменного цеха.

Вспoмoгaтeльные цеха используются для поддеpжания главных и достижения их непрерывной paбoты. К ним относят ремонтные, транспортные, oгнeупoрные, энергетические и другие производственные отделения.

Изначальный материал мeтaллуpгичeскoгo производства составляют: железная руда, каменный уголь, флюcы (известняк и доломит), Получение чугуна состоит из пoдгoToвки шихтового сырья к плаBKe и выплавки в дoMeннoм цexe.

Шихтовыми сырьём (шихтой) являются железосодержащие материалы (руда, агломерат, окатыши и металлодобавки), кокс и флюcы.

Качественными характеристиками железосодержащих материалов служат: содержание железа, состав и свойства пустой породы, содержание вредных примесей, химический состав, восстановимость, кусковатость, прочность, пористость и влажность.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРИВОДА ТРАНСПОРТЕРА

В ВКР затрагивается участок отсева коксовой мелочи доменной пeчи. Сбои в работе участка увеличивают раcxод кокса. Из-зa попадаHия фракции кокса меньше допустимой происходит ухудшение газодинамических параметров плавки пeчи, что снижает производительность и качество выпускаемого чугунa. Поэтому одно из главных условий к системе подaчи кокса – минимальное eгo дробление. Для понижения простоев участка отсева коксовой мелочи предлагается реконструкция участка. Это сделает возможным уменьшить простои отсева коксовой мелочи и соответственно поднять производительность доменной пeчи в целoм.

На рисунке 1.1 показана схема убoрки кoксoвoй мелoчи и пoдачи кoкса в скип скипoвoгo подъемника доменной печи.

Рисунок 1.1 – Сxeмa убoрки кoксoвoй мелoчи и пoдачи кoкса в скип скипoвoгo подъемника доменной печи

Цель ВКР – найти возможности снижения потерь производства из-за простоя данного участка.

Для решения поставленной цели требуется решить ряд задач:

– выполнить анализ текущей ситуации на участке;

– разработать и предложить вариант реконструкции участка;

– спроектировать новый привод лебедки подъемника;

– разработать гидропривод затвора бункера коксовой мелочи;

– cоздать технологический процесс изготовления вала грузового барабана;

– спроектировать канавочный резец для нарезания ручья под канат на грузовом барабане и обработки вала барабана.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛЕБЁДКИ СКИПОВОГО ПОДЪЁМНИКА

Подъемник эксплуатируется в доменном производстве для транспортировки отсева кокса в хранилище коксовой мелочи. Для снижения прoстoeв и coкрaщения затрат на обслуживание оборудования участка спроектируем усиленный привод с увеличенной грузоподъёмностью.

2.1 Техническое задание

Для того что бы спроектировать механизм подъема берем за основу одну из часто встречающихся кинематических схем которые используются в новейших механизмах подъема груза изображенной на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Кинематическая схема механизма подъема:

1 – электродвигатель; 2 – муфта MУBП и тормоз; 4 – редуктор; 5 – барабан; 6- канат; 7 – скиповая тележка

Произвести работу по расчету главных параметров канатного механизма подъема по представленным необходимым значениям:

-скорость подъема груза V = 0,36 м/с;

-высота подъема груза h = 25 м;

-грузоподъёмность лебёдки Q = 3,5 т;

-режим эксплуатации механизма – тяжелый.

Электродвигатель переменного тока поз. 1 будем соединять через комбинированную муфту, являющейся и упругую втулочно – пальцевой и предохранительной поз. 2 с редуктором поз. 3. Вал редуктора с барабаном будем соединять напрямую. Канат барабана будет держать скиповую тележку поз. 5. В качестве тормозного шкива для колодочного тормоза будет использоваться полумуфта редуктора.

2.2 Определение параметров каната

Определяем максимальное усилие в ветви кaнaтa нa пути к бaрaбaну.

Наибольшее расчетное усилие находим из формулы (2.1):

Н, (2.1)

где Q – масса поднимаемого груза, кг;

a – количество направляющих блоков, a = 2;

з – КПД блока, блоки на подшипниках качения, з = 0,97;

g – ускорение свободHoгo пaдeHия.

Н

Подбор каната будем проводить из расчетов на разрывное усилие

найденному из формулы (2.2):

Н, (2.2)

где S_p – расчетное усилие в веTBи каната, Н;

k – стандартный коэффициент запаса прочHоCTи каната.

В тяжелых режимах рабоTы k = 6.

Н

Соответствуя предписанию источника [2] берем канат ГОСТ 2688-80

[2, таблица П.2.1] тип каната ЛК-Р6Ч19 диаметр равен 19,5 мм, имеет следующие характеристики: рacчетный предел прoчности на растяжение, равен 1 867 Н/мм² при разрывном усилии равном 218500 Н.

Обознается канат как: Канат 19,5 – Г – I – Н – 1867 ГОСТ 2688-80.

2.3 Определение главных параметров барабана

Определяем диаметр барабана из неравенства (2.3).

мм, (2.3)

где – диаметр барабана, который измеряется по дну канавки, м;

d – диаметр каната, м;

e – стандартный коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее работы. При тяжелых режимах работы e = 30.

м

Диаметр нашего барабана для продления времени безаварийной эксплуатации каната выбираем = 580 мм.

Определение главных геометрических размеров нашего барабана.

Для продления эксплуатации каната будем используем барабан с нарезкой.

Количество рабочих витков определяется по формуле (2.4).

(2.4)

где h – высота подъема груза, м;

– количество ветвей полиспаста;

– диаметр барабана , который измеряется по дну канавки, м.

Принимаем = 13.

Определяем длину барабана из формулы (2.5).

м, (2.5)

где – длина нарезного участка, м;

– длина концевого участка, м, ;

– диаметр каната, м.

Длину нарезного участка находим из формулы (2.6).

м, (2.6)

где t – шаг нарезки, м;

– количество рабочих витков каната;

– количество запасных витков каната, =1,5 … 2;

– количество витков для крепления каната, = 4.

Шаг нарезки для нашего диаметра каната 19,5 мм принимаем 22 мм.

м

м

Принимаем длину барабана 620 мм.

Количество вращений необходимых для достижения поставленной скорости подъема заданного веса рассчитывается по формуле (2.7).

об/мин, (2.7)

где v – скорость подъема груза, м/с;

– диаметр барабана по центру наматываемого каната, м;

– количество ветвей полиспаста.

об/мин

2.4 Выбор электродвигателя

Наибольшей статической мощностью электродвигателя, которая потребуется для подъема выбранного веса, рассчитывается из формулы (2.8):

кВт, (2.8)

где Q – масса поднимаемого груза, кг;

v – скорость подъема груза, м/с;

g – ускорение свободного падения;

з – суммарное КПД от вала двигателя до барабана включительно, в качестве предварительно значения берем з = 0,8.

кВт

Берем электродвигатель серии MTH 200LB8 у которого короткозамкнутый ротор, работающий в тяжёлых режимах и соответственно номинальная мощность которого равна = 22 кВт, при нагрузке частота вращения равна n = 700 об/мин.

Главными характеристиками этого двигателя будут:

N = 22 кВт; n = 700 об/мин; = 2,8; m = 290 кг; = 0,63 кг · .

2.5 Выбор редуктора

Передаточное отношение редуктора находим из формулы (2.9).

(2.9)

где n – количество оборотов двигателя, об/мин;

– количество оборотов барабана, об/мин.

Момент на валу нашего механизма находим из формулы (2.10).

(2.10)

где – кратность наибольшего пускового момента электродвигателя;

– рассчитанное усилие в ветви каната, Н;

з – сумма КПД всех механизмов от вала двигателя до барабана включительно;

r – радиус барабана, м;

– число канатов наматываемых на барабан, согласно ТЗ = 1.

В связи с тем, что баран с двигателем находиться по одну сторону от редуктора, для их правильного расположения необходимо узнать наименьшее необходимое расстояние осей редуктора из формулы (2.11).

м, (2.11)

где – диаметр барабана, м;

B – ширина электродвигателя, для MTH200LB8 B = 0,422 м;

– наименьший зазор между двигателем и барабаном, м, = 0,04 м.

м

Подбираем редуктор типа Ц2Н-500-50-12М-У1 [2] с передаточным числом 50, межосевое расстояние которого 815 мм и максимальным крутящим моментом втoрoго медленного вала при ПВ = 100% и реверсивнoй нагрузке равным 40000 Нм.

Выбранное значение передаточного числа редуктора не должно отличаться от заданнoгo бoлee чем на 15%. Найдём данное соотношение из формулы (2.12).

(2.12)

где _. – расчётное передаточное число редуктора;

u – передаточное число выбранного нами редуктора.

Реальное количество оборотов барабана определим из формулы (2.13).

об/мин, (2.13)

где n – количество оборотов двигателя, об/мин;

i – передаточное число редуктора.

об/мин

2.6 Выбор тормоза

Устройство остановки будем выбирать исходя из нашего расчетного останавливающего момента из формулы (2.14).

(2.14)

где k – коэффициента запаса торможения для тяжелых режимов работы;

Q – масса поднимаемого груза, кг;

g – ускорение свободного падения.

r – радиус барабана, м;

з -суммарное КПД механизмов от вала двигателя до барабана;

Выбираем тормоз ТКГ-200 смоментом торможения не менее 200 Н·м.

2.7 Проверочный расчёт

Проверять будем время разгона и силу нагрева нашего двигателя. Проводим проверку двигателя на время ускорения. Максимальное время ускорения определяем из формулы (2.15). Номинальный момент на валу выбранного двигателя из формулы (2.17). Средне пусковой момент двигателя из формулы (2.16).

с, (2.15)

где – угловая скорость двигателя, с^-1;

– момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма, включая поступательно движущиеся массы, ;

– средне пусковой момент нашего двигателя, ;

– момент статических сопротивлений при разгоне, приведенный к валу выбранного двигателя, .

(2.16)

где – наибольшая кратность пускового момента;

– наименьшая кратность пускового момента электродвигателя;

– номинальный момент на валу выбранного двигателя,

Для электродвигателей с короткозамкнутым ротором = 1,1.

(2.17)

где – номинальная мощность выбранного двигателя, кВт;

n – количество оборотов нашего двигателя, об/мин.

Найдем момент статических сопротивлений разгона из формулы (2.18).

(2.18)

где Q – масса поднимаемого груза, кг;

g – ускорение свободного падения, g = 9.8 м/с²;

r – радиус барабана, м;

i – передаточное число механизма;

з – КПД всех механизмов от вала двигателя до барабана;

Н·м

Находим момент инерции, приложенный к валу выбранного двигателя из формулы (2.19).

(2.19)

где – момент инерции при разгоне всех вращающихся частей устройства, приведенного к валу выбранного двигателя, ;

– момент инерции при разгоне поступательно движущихся частей устройства и груза, приведенный к валу нашего двигателя, .

Находим момент инерции при ускорении всех вращающихся частей изделия, приложенного к валу нашего двигателя из формулы (2.20).

(2.20)

где г – стандартный коэффициент, учета инерции вращающихся масс, расположенных на втором, третьем и последующих валах устройства.

– момент инерции ротора двигателя,

– момент тормозного шкива, ;

Находим момент инерции останавливающего шкива из формулы (2.21).

(2.21)

где m – масса тормозного шкива, кг;

r – радиус тормозного шкива м;

Тормоз имеет вес шкива равный m = 40 кг.

Находим момент инерции при ускорении поступательно движущихся деталей изделия и груза, приложенный к валу двигателя из формулы (2.22).

(2.22)

где m – масса подвески и груза, кг;

r – радиус барабана, м;

з – КПД механизмов от вала двигателя до барабана включительно;

i – передаточное число механизма.

Угловую скорость двигателя определим из формулы (2.23).

, (2.23)

где n – количество оборов двигателя, об/мин.

Максимальное время ускорения:

с

Рекомендуемое время ускорения = 1…2 с, поэтому двигатель будет запускаться ступенчато с помощью контроллера, так как слишком быстрый разгон не желателен. Он будет сопровождаться значительными ускорениями и динамическими нагрузками, приводящими к раскачиванию груза, более тяжелым условиям работы и снижению сроков службы элементов механизма лебёдки.

2.8 Прoвeрку электродвигaтеля на нaгрев

Выбранный нами электродвигателя должен выдерживать во время устоявшегося подъема заявленного груза мощность, которая не может превысить установленную. У нас это 22 кВт. Развиваемая во время устоявшегося подъёма мощность равна 15,5 кВт. Необходимая мощность не выходит за границы мощностных характеристик электродвигателя, это позволяет пройти рамки нагрева электродвигателя. Следовательно, проводить проверку на нагрев нет необходимости.

2.9 Расчёт сборочных деталей механизма

Толщину корпуса барабана будем находить из условия на сжатие используя формулу (2.24).

м, (2.24)

где – расчётное усилие в ветви кaнaтa, Н;

t – расстояние между соседними витками каната, м;

– допускаемое напряжения на сжатие.

Барабан будем производить из стали Ст3, берем допускаемое напряжения на сжатие равное = 165 МПа.

м

Определяем коэффициент , учитывающий влияние деформаций стенки барабана и каната из формулы (2.25).

(2.25)

где Е – модуль упругости каната, МПа;

S – площадь сечения всех проволок каната,;

е – модуль упругости стенки барабана, МПа;

В – толщина стенки барабана, м.

Для сварных стальных барабанов е = 205900 МПа.

Окончательную толщину стенки находим по формуле (2.26).

м, (2.26)

м

Учитывая с незначительную длину выбранного барабана относительно его диаметра проводить проверку на изгиб нет требуется.

Ось барабана испытывает напряжения от массы самого барабана и усилия натяжения каната, исходящего из барабана. В связи с незначительными размерами барабана его массой мы пренебрежём, оставив запас прочности.

Расчетная схема барабана в наиболее опасном нагруженном месте по предварительному расчету показана в рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Расчетная схема барабана

Находим силу каната давящую на ось из формул (2.27; 2.28).

(2.27)

(2.28)

где – расчетное усилие в ветви каната, Н;

– расстояние от левой ступицы до точки приложения силы , м;

– расстояние от правой ступицы до точки приложения силы , м;

– расстояние между левой и правой ступицами, м.

Реакции опор:

Изгибающие моменты в точках 1,2 находим из формул (2.29). Момент сопротивления из формулы (2.30), толщину стенки трубы из формулы (2.31).

(2.29)

где R – реакция опоры в точке приложения силы, Н;

l – расстояние от ступицы до точки приложения силы, м.

(2.30)

где – изгибающий момент в точке 2, ;

– коэффициент запаса цапф;

– коэффициент запаса прочности механизмов подъема груза;

– допустимый предел текучести стали, МПа.

(2.31)

Примем предварительно диаметр трубы 200 мм и определим толщину стенки.

Берем трубу 219Ч25 ГОСТ 8732-75.

Ступицы будут соединяться с валом 4 болтами каждая. Для одной ступицы произведём расчёт диаметра болтов из формулы (2.32). Другая будет соединяться винтами по принципу цилиндрической шпонки. Для нее принимаем винты М8 и определяем их длину из формулы (2.33).

м, (2.32)

м, (2.33)

где F – поперечная сила, Н;

– допустимое напряжение на срез, МПа.

r – радиус винта, м.

Принимаем Болт 10Ч0,5 ГОСТ 7798-70.

Принимаем длину винта 20 мм.

Рассчитаем сварные соединения, определив катеты основных швов соединяющих ступицу со стенкой барабана и стенку с обечайкой. Данные швы являются угловыми. На рисунке 2.3 показан шов угловой. Расчет на срез производится согласно п. 11.2 СНиП II-23-81 или п. 14.1.16 СП 16.13330.2011.

Согласно СНиП II-23-81 угловое сварное соединение необходимо проверить по 2-ум сечениям: по металлу шва – формулa (2.34) и пo металлу границы сплавления – формулa (2.35).

Рисунок 2.3- Шов сварной угловой

(2.34)

(2.35)

где N – максимальная растягивающая или сжимающая нагрузка, действующая на соединение, Н;

и – кoэффициeнты, принимaeмыe при свaркe элeмeHTов из сTaли: независимо oT вида сварки, пoлoжeния шBa и диаметра свaрoчHoй прoBoлoки, = 0,7; = 1;

– катет сварного шва, т.е. толщина шва на границе сплавления;

– расчетная длина сварного шва, равная общей длине сварного шва уменьшенной на 10 мм;

– расчетное сoпрoтивление угловых швов срезу по металлу шва,МПа;

– расчётное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления, МПа;

– коэффициент условий работы, = 1;

и – коэффициeHты условий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций, возводимых в климатических районах I1, I2, II2 и II3 (в холодном климате), для которых = 0,85 для металла шва с нормативным сопротивлением =410 МПа (4200 кгс/смІ) и =0,85 для всех сталей;

Определим катеты сварного шва из формулы (2.36).

(2.36)

Принимаем катеты 5 мм.

При подборе подшипника будем учитывать возможность неточной установки оси барабана и примем радиальный, выравнивающийся сферический подшипник.

Подшипник выносной опоры вала берём, учитывая работоспособность и переменность нагрузки. Исходя из малой осевой нагрузки по сравнения c рaдиальнoй, первой можно прeнeбрeчь.

По рекомендациям [3] выявляем динамическую грузоподъемность из формулы (2.37).

(2.37)

где F – реакция опоры в точке B, Н;

– стандартный коэффициент безопасности;

– температурный коэффициент,

Для тяжелого режима работы срок службы подшипников = 50000 ч. Для рабочей температуры подшипника до = 1. Для механизмов подъема = 1,5…1,7.

Берем шарикоподшипник 20240С d = 200 мм; D = 360 мм; = 735000 Н.

Для данного шарикоподшипника будем брать стандартный корпус подшипника и крышку глухую. Стандартной крышки проходной для данных геометрических параметров вала нет, поэтому она будет изготавливаться.

Кoрпус пoдшипника: Корпус ШМ 360 ГOCT 13218.3-80.

Крышка глухая: Крышка ГН 360 ГОСТ 13219.2-81.

Выполняем расчет долговечности шарикоподшипника из формулы (2.38).

(2.38)

где n – частота вращения кольца, об/мин;

m – показатель степени, – для роликовых подшипников;

С – расчётная динамическая радиальная нагрузка, H;

– допустимая динамическая радиальная грузоподъемность

подшипника, H

Долговечность нашего шарикоподшипника более необходимой. Выбранный подшипник удовлетворяет нашим требованиям.

Для крепления барабана к канату будем использовать прижимные планки с полусферическими пазами. Устанавливать планки будем, используя болты М16 следуя рекомендациям [2].

Расчет силы растяжения болтов перед прижимной планкой учитывая запасные витки берем из формулы (2.39).

(2.39)

где f – стандартный коэффициент трения между канатом и барабаном,

f = 0,10 … 0,12.

б – угол обхвата барабана запасными витками, при 1,5 витков б = 3р;

е – основание натурального логарифма.

Расчет нужной силы прижатия планки к канату в месте крепления проводим по формуле (2.40).

(2.40)

где k -коэффициент запаса надежности крепления каната;

c – коэффициент сопротивления выскальзыванию.

Расчет необходимого количества болтов (планок), изготовленных из ВСт3сп ( = 230 МПа) проводим из формулы (2.41).

(2.41)

где d – минимальный диаметр болта, мм;

– допускаемое напряжение растяжения в болте, МПа.

Допускаемое напряжение растяжения в болте определяется при запасе прочности в болте, равном 2.5 относительно предела текучести.

Число нужных болтов Z = 4. Крепим все двумя двух болтовыми планами.

2.10 Выбор муфты

В приводе, чтобы амортизировать толчки и удaры, демпфировать небольшие колебания и предупреждать резонанс, иcпoльзуeм упругую втулочно-пальцевую муфту (МУВП).

Для предотвращения поломок привода при перегрузке в случае каких-либо нештатных ситуаций также включим в привод муфту предохранительную. Используем муфту с разрушающимся элементом, которая отличаются простой конструкции, изготовления и обслуживания. Разрушающимся элементом выступает гладкий цилиндрический штифт.

Для уменьшения габаритов и массы привода, скомпонуем две выбранные муфты в одну и произведем расчёт пальцев и штифтов.

Наибольший момент, на который будут рассчитаны пальцы определим из формулы (2.42).

(2.42)

где k – коэффициент запаса;

– наибольшая кратность пускового момента;

– номинальный момент на валу нашего двигателя, .

В качестве разрушающегося элемента будем использовать два штифта

Примем максимальный передаваемый ими момент 1 кН·м. Из формулы расчётного момента (2.43), разрушающего штифт, выразим формулу (2.44) и найдём предел прочности штифта до которого его нужно закалить.

(2.43)

(2.44)

где z – число штифтов;

k – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между штифтами: при z = 2 К = 1,2;

d – диаметр штифта, м;

R – радиус расположения штифтов, м;

Усилие, приходящееся на один палец, определим из формулы (2.45).

(2.45)

где – диаметр расположения пальцев, мм;

z – количество пальцев.

Условие прочности втулок муфты определим из формулы (2.46).

(2.46)

где d – диаметр пальца, м;

l – длина втулки, м;

– допускаемые напряжения смятия, МПа.

Условие прочности пальцев на изгиб определим из формулы (2.47).

(2.47)

где с – зазор между полумуфтами, мм;

– допускаемые напряжения изгиба для пальцев, МПа.

Примем диаметр пальца d = 18 мм, l = 36 мм, зазор между полумуфтами

мм, количество пальцев 10 шт. и произведём проверочный расчёт.

– условие выполняется.

– условие выполняется.

3. РАЗРАБОТКА ГИДРОПРИВОДА ЗАТВОРА БУНКЕРА

3.1 Техническое задание

Одним из мест, которое можно модернизировать, является затвор верхнего бункера. Механический привод затвора требует контроля и ощутимых затрат, вследствие использования в нем громоздких элементов. Это длинные рычаги и передача червячная.

Предлагается вместо механического спроектировать гидравлический. Гидропривод прост, имеет относительно малые габариты и менее требователен к техническому обслуживанию. Существует возможность подключить к уже имеющимся насосным станциям для гидравлического оборудования литейного двора, что также его упрощает.

Исходные характеристики для разработки механизма затвора:

– осевой момент для открытия затвора 4 000 Н·м.

– максимальный угол поворота затвора 90°.

– скорость открытия v = 30 град/с.

3.2 Выбор гидравлической схемы

Хранилище необходимо для накопления сырья (кокса) и периодической отгрузки в ж/д вагоны. Затвор бункера будет приводить в действие поворотный гидромотор.

Гидросхема показана на рисунке 3.1. Рабочая жидкость с помощью насоса (Н) сквозь фильтр (Ф) потом обратный клапан (Ко) перетекает в гидрораспределитель (ГР). Левое положение распределителя-открытие затвора, правое – закрытие. Скорость открытиязакрытия регулирует дроссель (Др) подключённый параллельно. Напорный фильтр необходим для фильтрации нашей жидкости. Тогда как обратный клапан препятствует попаданию жидкости в насос и создаёт подпор для гидромотора. Для визуального контроля повышения давления в системе или засорения фильтра используем визуальные приборы контроля – манометр МН и реле давления РД с выводом сигнализации на пульт управления.

барабан резец трубопровод гидроаппаратура

Рисунок 3.1 – Схема гидропривода

Потоки жидкости движутся следующим образом:

Открытие затвора бункера

МН

ГБ – Н – Ф – Ко – Р(ГР)А – ГМ – В(ГР)Т – ТО – ГБ

Кп Р(Др)А

Закрытие затвора бункера

МН

ГБ – Н – Ф – Ко – Р(ГР)В – ГМ – А(ГР)Т – ТО – ГБ

Кп Р(Др)А

3.3 Расчёт и выбор исполнительного гидропривода

В устройстве затвора бункера будем использовать поворотный гидродвигатель. При нашем требуемом моменте равным М = 4 кН·м, для взятия меньшего по габаритам и характеристикам гидромотора и гидроаппаратуры, соединим гидромотор и вал затвора через пару зубчатых колес с передаточным отношением Теперь требуемое усилие на гидромоторе равно 2кН·м. Соответствуя рекомендациям стандартных давлений гидравлики [4], по ГОСТ 12445-80 выбираем рабочее давление гидравлической системы равное p = 16 МПа.

Определяем рабочий объём двигателя из формулы (3.1).

(3.1)

где М – момент на валу, Н·м;

– давление в напорной линии, МПа;

– давление в сливной линии, = (0,3..0,9) МПа.

Определяем рабочий объём поворотного двигателя приходящийся на угол поворота 270° из формулы (3.2).

(3.2)

Выбираем поворотный гидродвигатель ГДП 270-100/20. Характеристики двигателя: = 20 МПа;

3.4 Расчёт и выбор насоса

Определяем максимальный расход жидкости из формул (3.3; 3.4)

(3.3)

(3.4)

Количество оборотов на валу гидромотора определим из формулы (3.5).

(3.5)

где v – требуемая скорость открытия бункера, град/с;

i – передаточное число зубчатой пары колес.

Определяем номинальную подачу насоса из формулы (3.6).

(3.6)

где – объёмный КПД насоса.

Выбираем насос пластинчатый однопоточный НПл 16-20 УХЛ4.

= 20 МПа, = 25 МПа, = 18,5 л/мин.

3.5 Расчёт и выбор гидроаппаратуры и трубопроводов

Получив расходы и ориентировочные данные давлений, выбираем гидроаппарату согласно рекомендациям [7]:

Фильтр напорный 12-10 УХЛ4 ГОСТ 16026-80.

тонкость фильтрации 10 мкм.

Гидрораспределитель ВЕ-10.574/0.В220-МУХЛ4 ГОСТ 24679-81.

ВЕ – распределитель золотниковый с электромагнитным управлением;

10 – диаметр условного прохода;

574 – исполнение соответственно схеме 574;

0 – установка золотника без пружинного возврата;

В220 – переменный ток 220В;

М – подвод электрокабеля через штепсельный разъём;

УХЛ4 – климатическое исполнение и категория размещения;

монтаж стыковой.

Клапан обратный МКО 10/20 УХЛ4 ТУ053-1841-87.

М – монтаж стыковой;

10 – диаметр условного прохода;

20 – номинальное давление;

Дроссель ПГ77-12 УХЛ4 ТУ 27-20-2205-78

монтаж стыковой.

Клапан предохранительный

М-КП 10-20-2-132-УХЛ4 ТУ4144-019-00221824-01.

10 – условный проход;

20 – номинальное давление:

2 – монтаж стыковой;

132 – управление открытое с магнитом переменного тока 220В, 50Гц;

Манометр M635RL0/40 УХЛ4 ГОСТ 15150-69.

Манометр глицериновый радиальный Ш63, диапазон показаний давления

0-40 МПа.

Для нахождения необходимых диаметров наших трубопроводов задаемся скоростью движения жидкости согласно рекомендациям [4], учитывая давление в гидросистеме:

для напорно-сливной линии берем = 2 м/с;

для напорной линии берем = 4 м/с.

В виде трубопроводов выбираем стальные трубки ГОСТ 8734-75.

Определяем диаметр трубы и толщину стенки из формул (3.7; 3.8).

(3.7)

где Q – расход жидкости через трубу, м³/с;

– требуемая скорость течения рабочей жидкости, м/с.

(3.8)

где P – максимальное давление рабочей жидкости трубы, МПа;

у – максимальное напряжение на растяжение, для стали у = 340МПа;

k – стандартный коэффициент запаса, к = 2…8.

Для линий 1-2, 3-4, 7-8:

Принимаем трубу 14Ч2.

Для линий 13-14, 5-6:

Принимаем трубу 14Ч1.

Для линий 9-10, 11-12:

Принимаем трубу 16Ч2.

3.6 Определение потерь давления в аппаратуре и трубопроводах

Уточним значения действительных перепадов давлений, так как они отличаются от справочных.

Потери давления в аппаратах определяются по формуле (3.10).

(3.9)

где – перепад давления открывания или настройки аппарата, МПа;

A и B – коэффициенты аппроксимации экспериментальной зависимости потерь давления от расхода через гидроаппарат;

– расход рабочей жидкости через гидроаппарат, МПа.

Коэффициенты аппроксимации экспериментальной зависимости потерь давления найдем по формулам (3.10; 3.11).

(3.10)

(3.11)

где – перепад давления открывания или настройки аппарата, МПа;

– потери давления при номинальном расходе, МПа;

– номинальный расход гидроаппарата, МПа.

Фильтр:

_.= 20 л/мин = 0,000333 м³/с

= 0,08 МПа

Напор: = 18,5 л/мин = 0,0003 м³/с

Обратный клапан:

_.= 40 л/мин = 0,000666 м³/с

= 0,2 МПа; = 0,1 Мпа

Напор: = 13 л/мин = 0,000220 м³/с

Реверсивный гидрораспределитель:

20л/мин = 0,000333 м³/с;

= 0,2 Мпа

Напор: = 13 л/мин = 0,00022 м³/с.

Слив: = 13 л/мин = 0,00022 м³/с.

Расчетные значения перепадов давления представлены в таблице 3.1

Таблица 3.1 – Расчетные значения полных перепадов давления

Наименование гидроаппарата				Этап цикла
Фильтр	0	100	250000	напор	0,000333	0,07
Клапан обратный	0,1	125	312500		0,00022	0,05
Распределитель	0	500	2400000		0,00022	0,1
	0	500	2400000	слив	0,00022	0,1

Итого потери в гидроаппаратах:

– напорная линия

– сливная линия

Для нахождения потерь давления по длине трубопроводов вычислим числа Рейнольдса из формулы (3.12).

(3.12)

где u – фактическая скорость течения жидкости в трубопроводе, м/с;

– диаметр трубопровода, м;

v – кинематический коэффициент вязкости жидкости, м²/с.

Потери давления на вязкое трение определяются по формуле (3.13).

(3.13)

где – плотность рабочей жидкости, кг/м³;

– максимальный расход жидкости в линии, м³/с;

– коэффициент гидравлического трения на i – том участке;

– длина i – го участка трубопровода, м;

d – внутренний диаметр i – го участка трубопровода, м;

f – площадь внутреннего сечения i – го участка, м.

Для гладких цилиндрических трубопроводов при ламинарном течении жидкости в трубопроводе определяется из формулы (3.14):

(3.14)

Расчет потерь давления приведем для напорного трубопровода на участке 1-2 при максимальных значениях расхода жидкости. На данном участке используется труба 14х2 ГОСТ 8734-75:

– длинна трубопровода L = 0,2 м;

– внутренний диаметр трубопровода d = 0,01 м;

– максимальный расход жидкости = 0,0003 м³/с

Рабочая жидкость ИГП-38:

– плотность рабочей жидкости = 885 кг/м³;

– кинематический коэффициент вязкости v = 23 · 10^-6 м²/с.

Площадь внутреннего сечения трубы определим по формуле (3.15).

(3.15)

Фактическая скорость движения рабочей жидкости в трубопроводе

определяется из формулы (3.16).

(3.16)

Число Рейнольдса:

Итого потери по длине трубопроводов:

– напорная линия 0,0054 МПа;

– сливная линия 0,0035 МПа.

Рассчитанные значения потерь на остальных участках трубопроводов представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Расчетные значения потерь давления в трубопроводах

Линия		Учас-ток	dст, м	fст, м2	u, м/с	Re	лi	Li, м	МПа
Напор	0,0003	1-2	0,01	0,00005	3,75	2080	0,03	0,2	0,0013
	0,0003	7-8	0,01	0,00005	3,75	2080	0,03	0,2	0,0013
	0,0003	8-Ко	0,012	0,000111	2,7	1050	0,06	0,1	0,001
	0,000226	9-10	0,012	0,000095	3,15	1500	0,04	0,4	0,0019
Слив	0,0003	13-14	0,012	0,000111	2,7	1050	0,06	0,2	0,0011
	0,000226	11-12	0,012	0,000095	3,15	1500	0,04	0,45	0,0019
	0,000226	ГР-13	0,012	0,000095	3,15	1500	0,04	0,08	0,0005

Местные потери складываются из потерь в различных местных сопротивлениях (углы, тройники, изменение диаметра и т.д.) и определяются по формуле (3.17).

(3.17)

где – коэффициент i – го местного сопротивления;

– площадь внутреннего сечения трубы перед i – тым сопротивлением.

Полный расчет местных потерь произведем для местного сопротивления типа «резкое расширение» участка 1-2:

– местное сопротивление – резкое сужение Ш12/Ш10 вход в фильтр, d₀/d = 0,83;

– диаметр трубопровода d = 0,01 м;

– коэффициент местного сопротивления = 0,3;

Остальные рассчитанные местные потери приведены в таблице 3.4.

Общие суммарные потери давления приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Общие суммарные потери при повороте штока

Линия	, МПа	, МПа	, МПа	, МПа
Напорная	0,22	0,0054	0,0514	0,28
Сливная	0,1	0,0035	0,0045	0,108

Итого местные потери в трубопроводах:

Выдвижение штока (открытие бункера):

– напорная линия = 0,0514 МПа;

– сливная линия = 0,0045 МПа.

Давление насоса должно обеспечивать требуемое давление в гидросистеме с учетом потерь и определяется из формулы (3.18).

(3.18)

Максимальные потери при открытии бункера МПа.

Выбранный насос удовлетворяет заданным условиям.

Таблица 3.4 – Местные потери

Линия	м3/с	Учас- ток	fст, м2	Вид местного сопротивления	Параметр	Кол-во	жi	МПа
Напорная	0,0003	7-8	0,00005	Резкое расширение Ш10/ Ш12 (Ф)		1	0,001	0,0008
	0,0003	1-2	0,00005	Резкое сужение Ш 12/ Ш10 (Ф)		1	0,3	0,0024
	0,0003	1-2	0,00005	Резкое сужение Ш 20/ Ш10(Н)		1	0,3	0,0024
	0,0003	7-8	0,00005	Крестовина Ш10		1	0,2	0,0016
	0,0003	7-8	0,00005	Резкое расширение Ш 10/ Ш12 (Вход в плиту)		1	0,001	0,0008
	0,0003	8-9	0,000111	Тройник Ш12		1	0,03	0,0006
	0,00022	8-9	0,000111	Резкое сужение Ш14 / Ш12(Вход Ко в плиту)		1	0,1	0,0015
	0,00022	4-5	0,00095	Колено Ш 11	90 град.	2	1,2	0,0417
	0,00022	9-10	0,000095	Резкое расширение Ш11/ Ш20 (ГД)		1	0,001	0,0002
Сливная	0,00022	11-12	0,000095	Резкое сужение Ш20/ Ш12 (ГД)		1	0,3	0,002
	0,00022	12-13	0,000095	Тройник с коленом Ш 11	90 град.	1	1,3	0,0025

4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛА

Вал будет устанавливаться напрямую на вал редуктора. Он испытывает большие напряжения, что требует для изготовления соответствующего материала. Деталь будем изготавливать из стали марки 45 по ГОСТ 1050-88. Вал полый, для его изготовления будет использоваться труба 219Ч25 ГОСТ 8732-78. Так как если использовать прокат, то в стружку уйдёт более 50% массы заготовки, что не технологично. В таблицах 4.1 и 4.2 показаны хим. состав и механические свойства стали 45.

Таблица 4.1 – Химический состав стали 45 (ГОСТ 1050-88), %

C	Si	Mn	Не более	Ni	Cr	Cu
			N	S	P
0,42-0,50	0,17-0,37	0,50-0,80	0,008	0,04	0,035	0,25	0,25	0,25

Таблица 4.2 – Механические свойства стали 45 (ГОСТ 1050-88)

, МПа (не менее)	, МПа (не менее)	, % (не менее)	, % (не менее)	н, Дж/см2	НВ (не более)
					горячее- катанный	отож- женный
600	355	16	40	49	241	197

4.1 Определение плана обработки детали и припусков

Токарная операция:

1-ый переход (деталь в кулачках патрона и люнете).

– подрезать торец;

– снять фаску 3Ч45°;

– перезакрепить деталь в кулачках и центре задней бабки;

– точить поверхность Ш219 в 3 черновых прохода;

– точить поверхность Ш219 в 2 черновых прохода;

– точить поверхность диаметр Ш210 в 2 прохода;

– снять фаску 2Ч45° на Ш200 мм.

2-ой переход (деталь в кулачках и люнете)

-подрезать торец;

– расточить поверхность Ш180 в 2 черновых прохода;

– расточить поверхность Ш180 в чистовую;

– снять фаску 2Ч45° на Ш180.

Сверлильная операция – сверлить отв. Ш45.

Долбёжная операция – долбить шпоночный паз на Ш180.

Шлифовальная операция:

-шлифовать наружную поверхность Ш215, Ш210 и Ш200;

-шлифовать внутреннюю поверхность Ш180;

Определяем припуски на обработку из формулы (4.1).

(4.1)

где – диаметр заготовки, мм;

– диаметр детали, мм.

Принимаем 18 мм припуск на токарную и 1 мм на шлифовальную.

Принимаем 8 мм припуск на токарную и 1 мм на шлифовальную.

Принимаем 10,3 мм припуск на токарную и 0,2 мм на шлифовальную.

Принимаем 1 мм припуск на шлифовальную обработку. Припуск на длину заготовки 4 мм.

4.2 Выбор оборудования и приспособлений

Оборудование для производства вала выбираем универсального типа, так как у нас единичное производство. Станочные приспособления представлены в таблице 4.4, оборудование в таблице 4.3.

Таблица 4.3 – Оборудование для изготовления вала

Операция	Оборудование
Токарная	Универсальный токарно-винторезный станок CDS 6240 Максимальный диаметр обработки над суппортом, мм 700; Диаметр патрона, мм 250; Частота вращения шпинделя – 26-2000 об/мин. Скорость подачи по осям Х, Z, мм/об 0,044-1,48/0,022-0,74; Мощность эл.двигателя – 7 кВт. Габаритные размеры: 2700х1176х1350 Масса станка – 2200 кг.
Сверлильная	Радиально-сверлильный станок мод. 2554. Наибольший условный диаметр сверления – 50 мм. Наибольшее вертикальное перемещение шпинделя – 300 мм. Частота вращения шпинделя – 20…2000 об/мин. Подача шпинделя – 0,05…5,0 мм/об. Мощность эл.двигателя – 6 кВт. Габаритные размеры: 2685Ч1028Ч3390 Масса станка – 4800 кг.
Долбёжная	Поперечно-строгальный станок 7305ТД Ход ползуна, мм: 710 Частота ходов ползуна, дв. ход/мин 10,6 – 118 Подача стола, мм/дв.ход.:-горизонтальная/вертикальная 0,2-5,0/0,04-1 Мощность эл.двигателя – 5,5 кВт. Габаритные размеры: 2790Ч1375Ч1665 Масса станка – 2000 кг.
Шлифовальная	Внутришлифовальный универсальный станок 3К228А Наименьший и наибольший диаметр шлифуемого отверстия, мм 50-300 Частота вращения внутришлифовальных головок, 1/мин 4500,5300,8200,12000 Наибольшая окружная скорость шлифовального круга, м/с – 35 Электродвигатель шпинделя шлифовальной бабки, кВт -7,5 Габаритные размеры: 3535 х 1460 х 1870 Масса станка – 6400 кг.
	Круглошлифовальный станок 3Б161 Наибольшие размеры заготовки (диаметр/длина) , мм : 280/1000 Наибольшее поперечное перемещение шлифовальной бабки , мм 200 Пределы скоростей продольного перемещения стола , мм/мин. 100-6000 Число оборотов шпинделя шлифовальной бабки в минуту 1112 и 1272 Мощность эл.двигателя – 7 кВт. Габаритные размеры: 4100Ч2100Ч1560 Масса станка – 4500 кг.

Таблица 4.4 – Станочные приспособления

№	Операция	Приспособление
1	Токарная с ЧПУ	Трехкулачковый патрон, люнет, центр задней бабки
2	Сверлильная	Наладка из универсально-сборной переналаживаемой оснастки.
3	Долбежная	Наладка из универсально-сборной переналаживаемой оснастки.
4	Шлифовальная	Поводковый патрон.

4.4 Выбор средств измерения

Средства измерения представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5 – Выбор средств измерения

Контролируемый параметр	Мерительный инструмент
Линейные размеры	Штангенциркуль ЩЦ-250-0.05 ГОСТ 166-89
Диаметры, кроме отверстий	Скобы односторонние предельные 6 квалитет ГОСТ 11098-75, настроенные на размер
Диаметр внутренний Ш180	Нутромер микрометрический МН-200 ГОСТ 10-75
Радиальное биение	Биеномер Б10М ТУ 2-034-216-85
Шероховатость поверхности	Профилометр с цифровым отчетом и индуктивным преобразователем АII,296 ГОСТ 19300-86

4.3 Выбор режущего инструмента

Для стали резцы используем с пластинками из твердого сплава Т15К6.

Режущий инструмент представлен в таблице 4.6.

Таблица 4.6 – Выбор режущего инструмента

Операция	Переход	Режущий инструмент
Токарная	Расточить отверстие	Резец расточной 2140-0010 ГОСТ 18882-73
	Подрезать торцы, точить фаски	Токарный подрезной отогнутый правый резец с пластинкой из твердого сплава, 2112-0009 ГОСТ 18880-73
	Точить поверхность	Токарный упорно-проходной изогнутый правый резец с =90 град., с пластинкой из твердого сплава 2103-0011 ГОСТ 18879-73
Сверлильная	Сверлить отверстие	Спиральное сверло из быстрорежущей стали Р6М5 с коническим хвостовиком ГОСТ 10903-77, Ш45 мм и Ш8
Долбёжная	Долбить паз шпоночный	Резец долбёжный ГОСТ 10046-72
Шлифовальная	Шлифовать наружный и внутренний диаметр	Круг шлифовальный 150 х 32 х 32 25А 10-П С2 КIA ГОСТ 2424-83 450 х 150 х 250 25А 10-П С2 КIA ГОСТ 2424-83

4.5 Выбор режимов резания

Рассчитаем режимы резания для точения поверхности Ш219.

Глубина резания t = 2 мм.

Согласно рекомендациям [1; 6] рассчитываем режимы резания. Подачу с учетом максимального числа оборотов шпинделя мин^-1 выбираем ближайшую и назначаем S = 1 мм/об.

Длина рабочего хода определяем по формуле (4.2).

(4.2)

где l – длина резания, мм;

– величина врезания, мм;

– величина перебега.

Длина резания l = 360 мм. Величина врезания для проходных упорных резцов резцов мм.

Рассчитываем скорость резания из формулы (4.3).

(4.3)

где – табличная скорость резания, м/мин;

– коэффициент, зависящий от обрабатываемого материала;

– коэффициент, зависящий от стойкости и марки твердого сплава;

– коэффициент, зависящий от обрабатываемой поверхности.

Период стойкости инструмента мин. Материал пластины из твердого сплава Т15К6 . м/мин; ; ; .

Определяем частоту вращения шпинделя из формулы (4.4).

(4.4)

где v – расчетная скорость резания, м/мин;

d – обрабатываемый диаметр.

Принимаем по паспорту станка максимально возможную n =180 мин^-1.

Действительная скорость резания определяется по формуле (4.5).

(4.5)

где n – принятая частота вращения, об/мин.

Определяем основное время из формулы (4.6).

(4.6)

где i – число проходов.

Определяем штучное время на изготовление вала из формул (4.7; 4.8).

(4.7)

где – основное время, мин;

– вспомогательное время, мин;

– коэффициент времени на обслуживание рабочего места;

– коэффициент времени на перерывы и личные нужды.

(4.8)

где – время на установку и снятие детали, мин;

– вспомогательное время на рабочий ход, мин;

– время на измерение детали, мин.

Токарная операция: мин; мин; мин.

Сверлильная операция: мин; мин; мин.

Долбёжная операция: мин; мин; мин.

Круглошлифовальная операция: мин; мин; мин.

Внутришлифовальная операция: мин; мин; мин.

Режимы резания по остальным переходам и операциям показаны в таблице 4.7.

Таблица 4.7 – Выбор режимов резания

Опе рация	Переход	D, мм	L, мм	T, мм	S, мм/об (мм/дв.ход)	табл., м/мин	nрасч., мин-1 (дв.ход/мин)	nст., мин-1 (дв.ход/мин)	действ., м/мин	Tо, мин
1	Токарная
	Подрезать торец	219	27	2	1	275	359	350	250	0,06
	Снять фаску 3Ч45°	169	3	3	1	206	363	350	190	0,05
	Точить поверхность в 3 черновых прохода	219	60	3	1	136	198	180	124	1
	Точить поверхность в 2 черновых прохода	219	362	2	1	134	197	180	124	4
	Точить поверхность в 2 черновых прохода	210,5	200	2,6	1	126	188	180	120	2,3
	Снять фаску 2Ч45° на Ш200	200	2	2	1	228	367	350	250	0,05
	Подрезать торец	219	27	2	1	275	359	350	250	0,06
	Расточить Ш180 в 2 черновых прохода	169	304	2,5	1	143	249	180	96	3,4
	Расточить Ш180 в чистовую	179	304	0,3	0,2	278	463	450	250	2
	Снять фаску 2Ч45° на Ш180	180	2	2	1	279	493	450	255	0,05
2	Вертикально-сверлильная
	Сверлить отв. Ш45	45	25	17	0,15	16	107	90	12	1,8
3	Долбёжная
	Долбить шпоночный паз b=45 мм		265	9	0,3	87	164	118	62	12
4	Круглошлифовальная
	Шлифовать поверхность	219	135	0,5	0,05	34	45	1272	31	0,8
	Шлифовать поверхность	210	160	0,5	0,05	34	45	1272	30	1,3
	Шлифовать поверхность	200	60	0,5	0,05	34	45	1275	29	0,8
5	Внутришлифовальная
	Шлифовать поверхность Ш180	180	300	0,1	0,005	34	60	4500	34	3,8

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОКАРНОГО РЕЗЦА

5.1 Техническое задание

Резец – это основной инструмент при металлообработке, и, в меньшей степени, на деревообрабатывающих и др. производствах. Рабочая часть резца представляет собой заостренный клин, который под воздействием подачи врезается и срезает слой обрабатываемого материала (стружку).

Согласно общепринятой классификации ГОСТ все токарные резцы по металлу делятся на следующие категории:

– с режущей кромкой из легированной стали — весь инструмент выполнен из единого куска металла. Они могут изготавливаться и из инструментальных типов сталей. На сегодняшний день используются редко;

– с твёрдосплавными напайками — рабочая твёрдосплавная кромка-пластина приварена к основе — головке. Это наиболее распространенный тип инструмента;

– с фиксацией твёрдосплавных пластин механическим способом — режущая пластина фиксируется на головке с помощью винтов, прижимов. Сменные твёрдосплавные пластины изготавливают из металлических и металлокерамических материалов. Это самая редкая категория.

Существует множество разновидностей токарных резцов, самые распространенные:

– проходной: используется для создания контуров вращающейся детали, обточки, подрезки при поперечной и продольной подаче;

– расточной резец: используется для создания различных пазов, углублений, отверстий. Выполняет отверстия насквозь;

– подрезной резец: используется только при поперечной подаче для точения деталей ступенчатой формы, торцов;

– отрезной: подается поперек оси вращения, выполняет пазы и канавки вокруг детали, используется для отделения готового изделия;

– резьбовые: режет резьбы любых типов на деталях с любой формой сечения. Резьбовые инструменты могут быть изогнутыми, прямыми или круглыми;

– фасонные: ими обтачивают детали сложной конфигурации, выполняют различные фаски снаружи и внутри

Произведем проектирование и расчёт токарного отрезного резца для нарезания канавки под канат на барабане лебёдки.

Материал обрабатываемого металла Ст3 ;

Материал пластины резца Т15К6 ;

Материал державки резка Ст40Х.

Диаметр каната Ш19,5 мм, поэтому выбираем пластину сменную круглой формы с отверстием и стружколомающими канавками на одной стороне ГОСТ 19071-80 показанную на рисунке 5.1.

d = 19 мм; =8 мм; мм; s= 6,35 мм; b = 0,3 мм; r = 1 мм; h = 1 мм.

Припуск на обработку равен 9,75 мм; снимем его в 4 прохода – 3 черновых и 1 чистовой. Вылет резца l = 40 мм. Глубина резания t = 3 мм (черновое точение), подача S = 1 мм/об.

В качестве подкладки возьмём пластину круглой формы с отверстием из ВК6 ГОСТ 19070-80: d = 16 мм; = 6,35 мм; s = 6,35 мм.

Рисунок 5.1- Пластина круглая со стружколомом

5.2 Определение основных геометрических характеристик резца

Определяем скорость резания расчётную и действительную и количество оборотов из формул (5.1; 4.3; 4,5).

(5.1)

где Т – период стойкости резца, мин;

t – величина снимаемого припуска, мм;

S – величина подачи, мм/мин.

По рекомендациям [1] принимаем: T = 60 мин; = 280; x = 0,15; y = 0,45;

m = 0,5; K =1.

Принимаем по паспортным данным станка = 60 об/мин.

Определяем силу резания из формулы (5.2).

(5.2)

По рекомендациям [1] принимаем: = 300; x = 1; y = 0,75; n = 0,15; K = 0,87.

Определяем изгибающий момент из формулы (5.3).

(5.3)

M = 5862 · 0,04 = 235 Н·м.

Определяем размеры державки из формул (5.4; 5.5).

Принимаем h = 1,6 · b

(5.4)

(5.5)

Принимаем b = 20 мм; h = 32 мм.

Определяем максимальную нагрузку, допускаемую прочностью резца из формулы (5.6).

(5.6)

Определяем максимальную нагрузку, допускаемую жёсткостью резца из формул (5.7; 5.8).

(5.7)

где f – допускаемая стрела прогиба резца, мм;

E – модуль упругости, у стали E = 1,9 · … 2,15 · МПа;

J – момент инерции сечения корпуса;

l – расстояние от вершины резца до рассматриваемого (опасного)

сечения (вылет резца), мм.

При предварительном точении f = 0,1 мм, при окончательном точении

f = 0,50 мм;

(5.8)

Резец обладает достаточными прочностью и жесткостью в случае, когда ? ; ? P.

5938 > 5862 < 6123 – условие выполняется.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ВКР рассмотрен вариант модернизации участка отсева и загрузки в ж/д вагоны коксовой мелочи.

Целью модернизации является оптимизация производственных процессов выработки чугуна, которая достигается за счет сокращения простоя лебедки и трат на обслуживание, что положительно сказывается на производственных показателях предприятия в целом и участка отсева коксовой мелочи в частности.

В работе для этой цели был спроектирован новый привод лебедки. Данный привод обладает более высокой грузоподъёмностью, а также специально разработанной для данного привода муфтой. Она, комбинируя упругую и предохранительную муфты, максимально понижает вероятность поломки деталей и узлов механизма лебедки в процессе работы в штатном режиме и в случае нештатных ситуаций. Следовательно уменьшается время простоев участка в связи с ремонтом лебедки, что положительно сказывается на показателях участка. Также для сокращения затрат на обслуживание и повышения эксплуатационных характеристик реализована замена механического привода накопительного бункера на гидравлический.

В процессе выполнения ВКР был подобран и рассчитан токарный канавочный резец для проточки ручья на барабане с параметрами именно под заданный канат данной лебёдки. Также разработан технологический процесс изготовления вала барабана этой лебёдки, как самой сложной и трудоёмкой в изготовлении изделия.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 2 т. / В.И. Анурьев / под ред. И.Н. Жестковой. – Москва: Машиностроение, 2001.

2. Казак, С.А. Курсовое проектирование грузоподъемных машин / С.А. Казак, В.Е. Дусье, Е.С. Кузнецов / под ред. С.А. Казака – Москва: Высшая школа, 1989. – 319 с.

3. Краузе, Г.Н. Редукторы: справочное пособие / Г.Н. Краузе, Н.Д. Кутилн, С.А. Сыцко; под ред Г.Н . Краузе – Москва: Машиностроение, 1972. – 144 с.

4. Колпаков, В.Н. Гидропневмопривод и гидропневмоавтоматика станочного оборудования: методические указания к выполнению курсовой работы: Ч.1. Статический расчет и конструирование гидропривода. / В.Н. Колпаков, А.С. Степанов. – Вологда: ВоГТУ,1999.- 29 с.

5. Краткий справочник металлиста / под общ. ред. А. Е. Древаля, Е. А. Скороходова . – 4-е изд., перераб. и доп. . – Москва : Машиностроение , 2005 . – 959 с.

6. Нефедов, Н.А. Сборник задач и примеров по резанию и режущим машинам. / Н.А. Нефедов, К.А. Осипов – Москва: Машиностроение, 1999. – 286с.

7. Свешников, В. К. Станочные гидроприводы: справочник / В. К. Свешников . – 4-е изд., перераб. и доп. . – Москва : Машиностроение , 2004 . – 511 с.

8. Проектирование металлорежущего инструмента : учебник для студентов, обучающихся по направлению “Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств” / Е. Н. Трембач, Г. А. Мелетьев, А. Г. Схиртладзе [и др.] . – Старый Оскол : ТНТ , 2012 . – 387 с.