Конструирование и расчет элементов механизма поворота заготовок портала-кантователя Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

1 2 Раевский В.А. , Федин Р.А.

1 Кандидат технических наук, доцент кафедры Детали машин и подъемно-транспортное оборудование, Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана,

Калужский филиал 2студент кафедры Детали машин и подъемно-транспортное оборудование, Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана,

Калужский филиал

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА ЗАГОТОВОК ПОРТАЛА-КАНТОВАТЕЛЯ

Аннотация

В статье рассматривается алгоритм расчета элементов механизма поворота заготовок для портала-кантователя, используемого в автоматизированных и роботизированных линиях производства сварных двутавровых балок, приводятся результаты расчета и трехмерная модель конструкции механизма поворота.

Ключевые слова: сварная двутавровая балка, портал-кантователь, механизм поворота заготовки, конструирование, расчет.

Keywords: welded flange beam, gantry-tilter, swinging gripper, construction, calculation.

В работе [1] обоснована необходимость разработки портала-кантователя для автоматизированного производства сварных двутавровых балок, а так же предложена его концептуальная схема.

В приводе поворота заготовки планировалось использовать червячную передачу с червяным колесом диаметром не менее 1500 мм [1]; однако проведенные исследования рынка крупногабаритных червячных передач позволили сделать вывод, что как отечественные, так и зарубежные производители в настоящее время выпускают червячные колеса диаметром до 550 мм.

Предложено изменить привод механизма поворота заготовки и использовать в нем цилиндрическую прямозубую передачу на опорно-поворотном круге и мотор-редуктор.

Рис. 1 - Схема механизма поворота платформы 1 - мотор-редуктор; 2 - приводная шестерня; 3 - зубчатый венец опорно-поворотного круга; 4 - тело качения роликового типа; 5 - внутреннее кольцо опорно-поворотного круга; 6 - корпус поворотного портала-кантователя.

Основным узлом механизма поворота является опорно-поворотный круг (ОПК). Было решено использовать ОПК чешской фирмы «АО «Р8Ь».Данное устройство является самостоятельным монтажным узлом, который с помощью болтов можно крепить к раме кантователя и имеет внешнее зубчатое зацепление с приводной шестерней. Выбор подходящего ОПК осуществлялся по следующей методике [2].

Рис.2 - Нагрузки, воспринимаемые опорно- Рис.3 - Нагрузки опорно-

поворотным кругом поворотного круга в

в общем случае конструкции кантователя

В общем случае (рис. 2) ОПК может быть нагружен осевой, радиальной и моментной нагрузкой. В случае его применения в кантователе осевой и опрокидывающей (моментной) нагрузкой можно пренебречь. Радиальная нагрузка на ОПК, Н:

\

^ =

щ

тах.б

+ щ

&,

где ттах б - максимальная масса свариваемой балки, кг; тпл- масса поворотной платформы в конструкцию которой входит поворотная плита и зажимное устройство, кг. Статическая осевая эквивалентная нагрузка на ОПК, Н:

5 = (^ + 2,05 • ^) • , где ГА = 0 - осевая нагрузка на ОПК, Н; 5 - радиальная нагрузка на ОПК, Н; SO = 0,8...1,1 - коэффициент статической безопасности. Эквивалентная моментная нагрузка, Нм:

М' = М • S0 ,

где М = 0- опрокидывающий момент, Нм; S0 = 0,8...1,1 - коэффициент

статической безопасности.

Полученные величины эквивалентной осевой и моментной статической нагрузки определяют координаты рабочей точки в диаграмме предельной статической нагрузки ОПК, по которой выбирается конкретная модель ОПК [2].

Для подбора мотор-редуктора был определен общий момент сопротивления вращению в опорно-поворотном круге, Нм:

Мт = Мк + М2 + Ма, где Мк - момент трения разгона незагруженного круга, величина которого

определяется по зависимости от среднего диаметра опорно-поворотного круга, Нм [3]; М 2 - момент трения круга, вызванный нагрузкой, Нм; М 0 - динамический момент, Нм. Момент трения круга, вызванный нагрузкой, Нм:

М2 = т • к-

' Мк-1000 + ^^ + 5 Л

V ^ 2 к ,

2000

где /- коэффициент трения [3]; к - коэффициент передачи нагрузки [3]; М к = 0 - опрокидывающий момент, Нм; Ек - радиальная нагрузка, Н; ЕА = 0 - осевая нагрузка, Н; - диаметр окружности осей тел качения, м; - коэффициент дорожки качения [3].

Динамический момент (момент от ускорения или замедления вращающихся масс),

Нм:

Ма = 3 е,

где 3 = 31 + 32 + 33- сумма моментов инерции вращающихся масс состоящая из

момента инерции вращающейся части опорно-поворотного круга 3Х, момента инерции

поворотной платформы 32 и момента инерции сварной балки 33, кгм ; е - угловое

ускорение вращающихся масс, с'2. Общий КПД привода [4]:

Лобщ = Л

м-р 1п \оз \опк 5

где Лм-р - КПД мотор-редуктора; Цп- КПД пары подшипников качения; Цоз -

КПД открытой зубчатой, цилиндрической передачи; Цопк = Лп - КПД тел качения опорно-поворотного круга.

Потребная мощность электродвигателя [5, 6], кВт:

р = Мт ■ Ю

Рдв. =^п ,

Iобщ

где Мт - общий момент сопротивления вращению в опорно-поворотном круге, Нм; Ю- потребная угловая скорость ОПК, с"1.

После выбора опорно-поворотного круга, зная число зубьев зубчатого венца, его коэффициент смещения, модуль зацепления, диаметр вершин зубьев и ширину венца, производился расчет приводной шестерни ОПК по общеизвестным методикам, изложенным в [5, 6]; результаты представлены в табл. 1, 2.

Технические характеристики покупных изделий привода поворота приведены в табл. 3.

Табл.1 - Основные геометрические параметры цилиндрической передачи

Для шестерни

Для колеса (по каталогу производителя ОПК)

Число зубьев 2

17

111

Делительный диаметр d

272мм

1776мм

Диаметр вершин зубьев d

304мм

1808мм

Диаметр впадин зубьев

232мм

1736мм

Модуль зацепления

16

Передаточное отношение

6,5

Межосевое расстояние 1024

Табл. 2 - Конструктивные параметры приводной шестерни _в миллиметрах

Наименование параметра Величина параметра

Материал Сталь 40Х (НВ 269...302)

Ширина венца шестерни 130

Диаметр обода 190

Толщина обода 32

Толщина диска 40

Длина ступицы 80

Диаметр вала под ступицу 63

Наружный диаметр ступицы 110

Внутренний диаметр обода 170

Диаметр центров окружностей 140

Диаметр отверстий 15

Размер фасок на окружности вершин 8 х 45°

Размер фасок в отверстии ступицы 2 х 45°

Табл. 3 - Описание покупных изделий привода поворота

ШЯБ БК 9022.1ЛХ-908/4Вге20.

Мощность 1,1 кВт

Мотор-редуктор Обороты на выходном валу 24 минЛ

Крутящий момент на выходном валу 438 Нм

Передаточное отношение 59,17

Опорно-поворотный круг

РЬБ 9Е-1240-1584-26 ОПК внешнего зубатого зацепления, одним рядом скрещенных, роликовых тел качения диаметром 40 мм.

Материал колец

D = 1808 мм

Д =1608мм

J1 = 1671

мм

d = 1430

мм

d2 = 1437 мм

J2 = 1485 мм

DS =1584

S мм

Сталь 45Х (HB 210...230, после отжига)_

T = 141

мм

H j = 125 мм

B = 125 мм

H2 = 118 мм

N = M 27

n = 30

N2 = 33 мм

n2 = 30

Литература:

1.Раевский В. А., Федин Р. А -Автоматизация и роботизация транспортных операций при производстве сварных двутавровых балок // Альманах современной науки и образования. - 2016. - № 3. - С. 103-105.

2.PSL 23-2010-0Т0-АКрупногабаритные подшипники -опорно-поворотные устройства. Производственная программа.- PovaskaBystrica, Slovakia, 2009. - 34 с.

3.PSL 7-2001-TP0-R-Rev.1 Специальные крупногабаритные подшипники - опорно-поворотные устройства. Техническое руководство. - PovaskaBystrica, Slovakia, 2010. - 36 с.

4. Александров М.П. Грузоподъемные машины. - М.:, Высшая школа, 2000. - 552 с.

5.Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин // Электронно-библиотечная система издательства «Лань» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://elanbook.com/view/book/745/

6.Жавнер М.В. Детали машин и основы конструирования // Электронно-библиотечная система издательства «Лань» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://elanbook.com/view/book/5806/