Конструкторская разработка - Стенд для восстановления звеньев гусеницы.

Задачей настоящего раздела дипломного проекта является разработка технологического средства – стенда для восстановления изношенных звеньев тракторных гусениц путем ее пластического деформирования (обжатия).

Проведенный обзор и анализ технической литературы, патентной документации и периодически издаваемой научно-технической документации показал, что машиностроительной промышленностью Украины типовые стенды для опрессовки гусеничных звеньев серийно не производятся.

Для оснащения ремонтных предприятий они изготавливаются по специальному заказу, с индивидуальными конструктивными особенностями отвечающими техническим требованиям заказчика. Однако наиболее распространенные конструкции стендов по принципу действия можно выделить в группы. Среди них: стенды с рабочим органом в виде выталкивающей головки; стенды с рабочим органом в виде закрытого секционного штампа с двумя боковыми пуансонами; в виде штампа с несколькими боковыми пуансонами и работающего от двенадцатишпиндельного гидравлического агрегатного пресса; со штампом с вертикальной плоскостью разъема. .

Конструкция предлагаемого стенда выбрана с позиций высокой механизации рабочего процесса, универсальности применения к различным типоразмерам двигателей, простоты и удобства эксплуатации, энергоэкономичности, безопасности эксплуатации. Настоящий стенд предназначен для восстановления звеньев гусениц тракторов моделей Т-54, ДТ-75, ДТ-175, Т-150. Для работы с том или иным типоразмером гусеничного звена используется соответствующий рабочий орган – секционный штамп с боковыми пуансонами, которые довольно просто взаимозаменяется на стенде.

Устройство и работа стенда

Стенд для восстановления звеньев тракторных гусениц пластическим деформированием представляет собой стационарную энергонасыщенную установку. Он монтируется на массивном бетонном фундаменте массой не менее 3 т.

Металлоконструкция стенда представляет собой сварной каркас, состоящий из двух симметрично расположенных рам-столов.

Стенд содержит три механизма:

· механизм управления закрытым секционным штампом;

· механизм бокового звена гусеницы;

· механизм перемещения технологических пальцев.

Назначение механизма управления закрытым секционным штампом – перемещать основной пуапсон в вертикальном направлении, т. е. раскрывать и закрывать штамп, а также удерживать секционный штамп своим усилием в процессе обжатия гусеничного звена.

Секционный штамп состоит из двух частей: нижней – матрицы штампа и верхней – основного пуансона. Матрица-штамп размещена на массивной металлической плите, которая жестко приварена к основной раме. В плите имеются продольные крепежные пазы, через которые к ней специальными болтами прикрепляется матрица-штамп. Наличие пазов в плите позволяет регулировать положение матрицы относительно оси силового гидроцилиндра.

Верхний пуансон штампа прикреплен к штоку вертикально расположенного прижимного гидроцилиндра и перемещается по четырем вертикальным направляющим, которые обеспечивают точное совпадение внутренних рабочих поверхностей секционного штампа, а также предотвращают смещение пуансона в процессе обжатия гусеничного звена. Силовым источником данного механизма является двухкамерный гидроцилиндр.

Секционный штампа имеет горизонтальную плоскость разъема. В этой плоскости он содержит два противоположных паза, в которых передвигаются боковые обжимающие пуансоны. Боковые пуансоны кроме того размещены в горизонтальных направляющих. Каждый из них присоединен к штоку индивидуально силового гидроцилиндра, горизонтально расположенных на рамах-столах.

Механизм перемещения технологических пальцев прикреплен к плите, на которой размещена матрица-штамп. Его основное назначение извлекать два технологических пальца из проушин после обжатия гусеничного звена, преодолевая усилие обжатия.

Основным исполнительным органом данного механизма является гидроцилиндр горизонтально расположенный. На конце штока гидроцилиндра прикрепили узел с двумя зажимами ручного управления. Они создают надежное соединение технологических пальцев со штоком гидроцилиндра и в то же время обеспечивают легкое присоединение-отсоединение пальцев к штоку. Конструкция зажима представлена на листе 5 графической части.

Из изложенного описания видно, что все механизмы стенда имеют гидравлический привоз. Источником гидравлической энергии является маслонапорная гидростанция с ручным управлением.

Гидравлическая схема имеет два независимых электромеханических привода. Первый вращает два шестеренчатых насоса, обеспечивающих подачу жидкости гидроцилиндром боковых пуапсонов. Здесь применен трехфазный асинхронный электродвигатель А 102-52-3, N=10кВт; n=1000 об/мин.

Второй электродвигатель вращает шестеренчатый насос НШ-32, подающий жидкость двухсекционному гидроцилиндру основного пуапсона и цилиндру механизма перемещений технологических пальцев. В нем применен электродвигатель 4А160S. N=15 кВт ; n=1500об\мин.

Для управления гидроцилиндрами механизмов в гидросистеме использованы гидравлические распределители:

– трехсекционный для управления гидроцилиндром основного пуансона;

– два совмещенных двухсекционных гидрораспределителя для управления гидроцилиндров боковых пуансонов;

– двухсекционный гидрораспределитель для управления приводом технологических пальцев.

Работает стенд следующим образом. Нажатием кнопки "пуск" включаются одновременно оба приводных электродвигателя, которые создают рабочее гидравлическое давление в обеих ветвях гидросистемы. Переключением гидрораспределителя втягивается шток вертикального гидроцилиндра, что соответственно приводит к раскрытию секционного штампа. Во внутреннюю полость штампа закладывается предназначенное для восстановления гусеничное звено. Переключением гидрораспределителя шток вертикального гидроцилиндра опускается и соответственно закрывается секционный штамп, не создавая значительного усилия прижатия, а лишь фиксируя звено гусеницы.

Затем в отверстия ремонтируемого гусеничного звена механизмом вставляются технологические пальцы. После этого вертикальным гидроцилиндром создается усилие обжатия и в результате пластической деформации достигается полное закрытие секционного штампа. Вторым этапом обжатия является воздействие на гусеничное звено боковыми пуансонами.

После завершения полного цикла обжатия боковые пуансоны разгружаются и отводятся из зоны контакта со звеном. Вертикальный пуансон разгружается, однако штамп не раскрывается.

При таком разгруженном состоянии звена гидрораспределителем приводится в действие механизм извлечения технологических пальцев.

Расчеты, подтверждающие работоспособность стенда

Рабочие нагрузки и режимы опрессовки.

Для определения основных конструктивных размеров стенда необходимо ориентироваться на нагрузки, которые возникают при рабочем процессе. Рабочий процесс настоящего стенда заключается в пластическом деформировании проушин звеньев гусеницы. Усилия, которые должен развить стенд для деформирования проушин, определяется пластическими свойствами металла, из которого изготовлена гусеница (сталь Г13Л). По литературным данным [ ] для пластического деформирования разогретой стали необходимо усилие, создающее напряжение в металле 70-80% от предела текучести холодного металла.

Предел текучести стали

тогда напряжение деформации

Площадь гусеничного звена подвергаемая деформационному воздействию вертикального пуансона составляет примерно 4000 мм2. Тогда необходимое усилие деформации составит

Необходимое деформационное усилие боковых пуансоннов

Рекомендуемые скорости подачи пуансонов при опрессовке [ ]: ~5…10 мм/с.

Расчет элементов гидропривода

Ориентируясь на значение рабочих усилий, создаваемых гидроцилиндрами, определяло типоразмер гидронасосов для приводов механизмов. Для этого предварительно определяло величину гидравлического давления, которое насос должен создавать. С учетом наличия усиливающего гидроцилиндра гидравлическое давление определяю по формуле

где D1=175мм – диаметр поршня, усиливающего гидроцилиндр

D2 =400мм – диаметр поршня основного гидроцилиндра

d1=80мм – диаметр штока.

Для создания такого давления в этой части гидросистемы наиболее подходит шестеренчатый насос НШ-100-2.

Характеристики насоса:

– рабочий объем, см3/об. – 99;

– номинальное рабочее давление, МПа – 14;

– частота вращения, об/мин. – 1400…2000.

Необходимая подача насоса

где V=0,15м/c – технологическая скорость штока гидроцилиндра

Мощность, потребляемая насосом

Принимаю электродвигатель для привода асинхронный, трехфазный 380В, N=15кВт, n=1400об./мин., 4А160S.

Аналогичные расчеты выполняю для гидропривода боковых пуансонов.

Необходимое гидравлическое давление для боковых гидроцилиндров:

Необходимая подача насоса на один гидроцилиндр

Мощность, потребляемая насосом:

В целях компактной компоновки гидропривода принимают электродвигатель с двумя выходными концами для привода двух шестеренчатых насосов НШ100.

Электродвигатель А 102-52-3, N=10кВт; n=1000 об/мин.

Расчеты на прочность

Расчет прочности сварного соединения металлических колонн со связывающим листом необходимо выполнить, т. к. на эти соединения действует основная рабочая нагрузка, обеспечивающая прижатие штампа. Как видно из конструкции, рабочее усилие прижатия штампа от вертикального гидроцилиндра передается на связывающий лист и равномерно распределяется на три сварных соединения "колонна-лист". Схема нагружения одного соединения представлена на рисунке 1.3.

Рис.1.3 Схема нагружения сварного соединения. Сварка электродом Э42.

При данной схеме нагружения напряжение, возникающее в сварном шве определяется по формуле [ ]

Сила, действующая на соединения

Изгибающий момент от силы Р

Момент сопротивления

Площадь сечения сварного шва:

Допускаемое напряжение для сварного шва

где [sp]=175мПа для металлопроката из стали Ст5.

Условие прочности сварного шва выполняется, т. е.

Расчет прочности резьбового крепления бокового гидроцилиндра обеспечивает также безнадежность и безопасность эксплуатации стенда.

Учитывая высокую нагруженность соединительного стыка крепежные болты в отверстие помещаю без зазора. В этом случае условие прочности болта определяется уравнением [ ]

Допускаемое напряжение среза

– предел текучести материала болта (в нашем случае

сталь 40Х).

Расчетное напряжение среза

Таким образом, условие прочности выполняется

т. е. прочность болтов Ø30, поставленных без зазора достаточна.

Расчет прочности стягивающих шпилек догружающего гидроцилиндра.

Давление в цилиндре изменяется от Рmin =0 до Рmax=11мПа (внешняя нагрузка меняется по отнулевому циклу) Р=265кН.

Предварительная затяжка шпилек определяется по формуле:

где Кст=2,5 – коэффициент запаса против раскрытия стыка;

Р1max – нагрузка, приходящаяся на одну шпильку при наибольшем давлении в цилиндре.

– коэффициент основной нагрузки при отнулевом цикле нагружения;

Усилие предварительной затяжки

Расчетная нагрузка на стягивающую шпильку при полной нагрузке с учетом возможности затяжки:

Прочностная жесткость стягивающих шпилек достаточна, т. к. выполняется условие прочности

где [p]=190000н допустимая осевая нагрузка на болт М16 из материала сталь 40Х.

Выводы

Выполненные прочностные расчеты деталей стенда и силовые расчеты гидропривода подтверждают работоспособность и достаточную надежность стенда в целом.