CC BY
58
Gladyshev Pavel Albertovich, student, Glad-p@mail.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch
УДК 621.8; 621.791
КОНСТРУИРОВАНИЕ, РАСЧЕТ И КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА ЗАГОТОВОК
ПОРТАЛА-КАНТОВАТЕЛЯ
В. А. Раевский, Н.В. Трухов
Рассматривается алгоритм расчета элементов механизма поворота заготовок для портала-кантователя, используемого на линиях производства сварных двутавровых балок, приводятся результаты расчета и конечно-элементного анализа элементов механизма поворота.
Ключевые слова: сварная двутавровая балка, портал-кантователь, механизм поворота заготовки, конструирование, расчет.
В работе [1] обоснована целесообразность разработки портала-кантователя для автоматизированного производства сварных двутавровых балок, широко используемых как в строительстве, так и при производстве элементов металлоконструкций различных машин и оборудования [2-4]. Была предложена схема портала-кантователя и заданы исходные параметры для проектирования. В приводе поворота заготовки планировалось использование червячной передачи с червячным колесом диаметром свыше 1500 мм. Однако анализ рынка крупногабаритных червячных передач показал, что как отечественные, так и зарубежные производители в настоящее время выпускают червячные колеса диаметром до 550 мм. Поэтому вместо червячной передачи предлагается использовать опорно-поворотный круг (ОПК) с цилиндрической прямозубой передачей и мотор-редуктор (рис. 1).
Было решено использовать ОПК чешской фирмы «АО «PSL». ОПК является самостоятельным монтажным узлом, который с помощью болтов можно крепить к раме кантователя. Он имеет внешнее зубчатое зацепление с приводной шестерней.
Выбор ОПК осуществлялся по методикам [5, 6].
В общем случае (рис. 2) ОПК может быть нагружен осевой и радиальной силами и опрокидывающим моментом. Применительно к кантователю осевой силой и опрокидывающим моментом можно пренебречь.
Радиальная сила в ОПК, Н:
Я
К
ттах.6 2
^пл
•8,
тах б ~ максимальная масса свариваемой балки, кг; тпя - масса по-
V У
где т
воротной платформы, в конструкцию которой входит поворотная плита и зажимное устройство, кг.
Рис. 1. Схема механизма поворота платформы: 1 - приводная шестерня; 2 - мотор-редуктор; 4 - внутренний круг ОПК;
5 - ролики; 6 - корпус
Статическая осевая эквивалентная нагрузка на ОПК, Н:
= Г + 2,05 • ^ )• % где Га = 0 - осевая сила в ОПК, Н; ^ - радиальная сила в ОПК, Н; $0 =0,8.. .1,1 - коэффициент статической безопасности.
Статическая моментная эквивалентная нагрузка, Н-м:
М = М ■ 50,
где М = 0 - опрокидывающий момент, Н-м; $0 = 0,8 к 1,1 - коэффициент статической безопасности.
Полученные величины эквивалентной осевой и моментной статической нагрузок определяют координаты рабочей точки в диаграмме предельной статической нагрузки ОПК, по которой выбирается конкретная модель ОПК [6].
+
Для подбора мотор-редуктора был определен общий момент сопротивления вращению в опорно-поворотном круге, Н-м:
Мт = ык + мг + , где Мк - момент трения разгона незагруженного круга, величина которого определяется по зависимости от среднего диаметра опорно-поворотного круга, Н-м [6]; - момент трения круга, вызванный нагрузкой, Н-м; М^Д ^ - динамический момент, Н-м.
Рис.2. Нагрузки, воспринимаемые опорно-поворотным кругом в общем случае
Рис.3. Нагрузки опорно-поворотного круга в конструкции кантователя
Момент трения круга, вызванный нагрузкой, Н-м:
»Б
=т к •
МК-1000 + ^ • /ь + ¥А
2000
В8 2 к у
где т - коэффициент трения [6]; к - коэффициент передачи нагрузки [6]; М к = 0 - опрокидывающий момент, Н-м; ^ - радиальная нагрузка, Н; Еа = 0 - осевая нагрузка, Н; В^ - диаметр окружности осей тел качения, м; /1 - коэффициент дорожки качения [6].
Динамический момент (момент от ускорения или замедления вращающихся масс), Н-м:
Мс = 3 е,
где 3 = 31 + З2 + З3 - сумма моментов инерции вращающихся масс, состоящая из момента инерции вращающейся части опорно-поворотного круга З1, момента инерции поворотной платформы З2 и момента инерции сварной балки З3, кг-м2; е - угловое ускорение вращающихся масс, с-2. Общий КПД привода
Лобщ = Лм-р •Ли •Лоз •Лопк ,
где Лм-р - КПД мотор-редуктора; Лп - КПД пары подшипников качения;
Лоз - КПД открытой зубчатой, цилиндрической передачи; Лопк - КПД тел качения опорно-поворотного круга.
Потребная мощность электродвигателя, кВт:
р = МТ ■ ю
рдв = ,
Л общ
где Мт - общий момент сопротивления вращению в опорно-поворотном
круге, Н-м; ю - потребная угловая скорость ОПК, с-1.
После выбора опорно-поворотного круга с учетом числа зубьев зубчатого венца, его коэффициента смещения, модуля зацепления, диаметра вершин зубьев и ширины венца производился расчет приводной шестерни ОПК; результаты представлены в табл. 1, 2.
Технические характеристики покупных изделий привода поворота приведены в табл. 3.
В программном комплексе САПР ЗоНёШогкБ была спроектирована трехмерная модель механизма поворота портала-кантователя с опорно-поворотным кругом, представленная на рис. 4. На рис 4. обозначены: рама нижняя 1, рама верхняя 2, стенка 3, дистанционное кольцо 4, внутреннее кольцо 5, ролики качения 6, зубчатый венец 7, шестерня 8, мотор-редуктор 9. При этом модель опорно-поворотного круга включает в себя внутреннее кольцо 5, ролики качения 6 и зубчатый венец 7.
Таблица 1
Основные геометрические параметры цилиндрической передачи
Для шестерни
Для колеса (по каталогу производителя ОПК) _[6]_
Число зубьев 2
17
111
Делительный диаметр d
272 мм
1776 мм
Диаметр вершин зубьев da
304 мм
1808 мм
Диаметр впадин зубьев df
232 мм
1736 мм
Модуль зацепления
16
Передаточное отношение
6,5
Межосевое расстояние 1024
Таблица 2
Конструктивные параметры приводной шестерни, в мм
Наименование параметра Значение
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°
Проверка и анализ кинематических, силовых и прочностных характеристик выбранных элементов кантователя осуществлялись методом «Явная динамика» [7] и «Метод конечных элементов» [8].
Результаты расчетов динамики зацепления были получены в графическом виде для следующих параметров: требуемый крутящий момент на валу шестерни, сила противодействия в зацеплении, угловые скорость и ускорение шестерни и колеса (зубчатого венца).
По результатам расчетов было установлено, что:
1) выбранный мотор-редуктор с крутящим моментом на выходном валу 438 Н-м удовлетворяет требуемому крутящему моменту;
2) средняя частота вращения опорно-поворотного круга/зубчатого венца (3,7 об/мин) и время перехода в установившийся режим по угловой скорости (ок. 0,25 с) соответствуют исходным данным для проектирования (4 об/мин и не более 1 сек соответственно);
3) средняя частота вращения выходного вала мотор-редуктора (24,3 об/мин) соответствует данным аналитического расчета и выбранному мотор-редуктору (24 об/мин).
Полученное значение силы противодействия в зацеплении (3665 Н) использовано в конечно-элементном расчете шестерни. В результате получены диаграммы возникающих напряжений (рис. 5), перемещений (рис. 6) и деформаций (рис. 7).
Таблица 3
Описание покупных изделий привода поворота
Мотор-редуктор
N0^ 8К 9022. 1АХ-90 8/4Вге20.
Мощность
Обороты на выходном валу
Крутящий момент на выходном валу_
Передаточное отношение
1,1 кВт
24 мин
1
438 Н-м
59,17
РЬ8 9Б-1740-1584-26 ОПК внешнего зубатого зацепления, одним рядом скрещенных, роликовых тел качения диаметром 40 мм_
Материал колец
Опорно-поворотный круг
Сталь 45Х (НВ 210...230, после отжига)_
В = 1808 мм
Г\ =1608 мм
= 125 мм
5 = 125 мм
=1671 мм
й = 1430 мм
(¡2 = 1437 мм
=1485 мм
=1584 мм
Т = 141 мм
Я2 =118 мм
Щ =М21
щ =30
N2 =33 мм
п2 =30
Рис. 4. Трехмерная модель механизма поворота портала-кантователя
von Mises (NtoimA2 (МРа))
Рис. 5. Диаграмма напряжений
96
Рис. 6. Диаграмма перемещений
Рис. 7. Диаграмма деформаций
В шестерне, изготовленной из стали 40Х, возникают незначительные напряжения, перемещения и деформации. При этом изменение геометрических характеристик шестерни невозможно из-за выбора опорно-поворотного круга (диаметр отверстия ОПК должен обеспечивать свобод-
ный проход свариваемой балки). Дальнейшее совершенствование предлагаемой конструкции портала-кантователя возможно на основе использования стали 35 для изготовления шестерни.
Список литературы
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. Анцев В.Ю., Толоконников А.С., Калабин П.Ю. Моделирование предельного состояния металлоконструкций мостовых кранов с оптимизацией размеров поперечных сечений // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2010. № 5-2. С. 71-74.
3. Анцев В.Ю., Толоконников А.С., Калабин П.Ю. Оптимизация металлических конструкций грузоподъемных машин мостового типа // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2009. Вып. 4. С. 18-22.
4. Анцев В.Ю., Толоконников А.С., Калабин П.Ю. Повышение технологичности металлоконструкций пролетных балок мостовых кранов // Тяжелое машиностроение. 2013. № 8. С. 10-14.
5. PSL 7-2001-TP0-R-Rev.1 Специальные крупногабаритные подшипники - опорно-поворотные устройства. Техническое руководство. Po-vaskaBystrica. Slovakia. 2010. 36 с.
6. PSL 23-2010-0T0-A Крупногабаритные подшипники - опорно-поворотные устройства. Производственная программа. PovaskaBystrica. Slovakia. 2009. 34 с.
7. Kuang-Hua Chang. Motion Simulation and Mechanism Design with COSMOSMotion. Oklahoma: SDC Publication. 2008. 144 p.
8. Paul M. Kurowski. Engineering Analysis with COSMOSWorks Professional. Oklahoma: SDC Publication. 2006. 248 p.
Раевский Владимир Алексеевич, канд. техн. наук, доц., var-77amail.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),
Трухов Николай Викторович, студент, 240594kamail.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)
DESIGN, CALCULATION AND FINITE ELEMENT ANALYSIS OF THE ELEMENTS OF THE MECHANISM OF ROTATION OF THE WORKPIECE PORTAL-TILTER
V.A. Raevskiy, N. V. Trukhov 98
In article the algorithm of calculation of the elements of the mechanism of rotation of the workpiece for the portal-tilter used in lines for the production of welded I-beams, the results of the calculation andfinite element analysis of the elements of the rotation mechanism.
Key words: weldedflange beam, gantry-tilter, swinging gripper, construction, calculation.
Raevskiy Vladimir Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, var-77@mail.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Trukhov Nikolai Viktorovich, student, 240594k@mail. ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch
УДК 621.892.8; 542.943
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЦЕССЫ ОКИСЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕСТРУКЦИИ ЧАСТИЧНО-
СИНТЕТИЧЕСКОГО МОТОРНОГО МАСЛА СА8ТЯОЬ МАС^ТЕС 101-40 Я 8Ь/СР
Е.А. Ермилов, Б.И. Ковальский, Ю.Н. Безбородов, В. А. Балясников
Представлены результаты исследования процессов окисления и температурной деструкции и их влияние на кинематическую вязкость, испаряемость и противоиз-носные свойства. Установлено, что процессы температурной деструкции увеличивают скорость изменения оптической плотности, замедляют испаряемость и снижение кинематической вязкости, но увеличивают противоизносные свойства термостатированных масел при значениях коэффициента поглощения светового потока больше 0,1.
Ключевые слова: коэффициент поглощения светового потока, испаряемость, коэффициент относительной вязкости, показатели термоокислительной стабильности и температурной стойкости, приращение скорости процессов окисления и температурной стойкости, показатель противоизносных свойств.
При эксплуатации двигателя внутреннего сгорания на поверхностях трения одновременно протекают процессы окисления, температурной деструкции и химические реакции металлов с их продуктами и присадками. Однако доминирующее влияние одного из процессов на физико-химические и противоизносные свойства масел изучены недостаточно. Поэтому целью настоящих исследований является установление количественных показателей преимущественного влияния одного из процессов на физико-химические и противоизносные свойства термостатированных масел при постоянной температуре испытания.
99
