CC BY
17
В1СНИК НРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНГЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2007 р. Вип.№17
УДК 621.791.037
Роянов В.Л. . Коросташевский П.В.
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РУКАВОВ ПНЕВМОШЛАНГОВЫХ МЕХАНИЗМОВ СПЕЦИАЛЬНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Разработаны критерии, графики и методика выбора параметров рукавов пневлю-шланговых механизмов (диаметров рукавов и схем их установки) в специальном технологическом оборудовании сварочного производства. Показан пример выбора параметров рукавов механизма подъема флюсового подушки.
Для обеспечения качества сварных швов, выполненных дуговой сваркой, при прижиме и фиксации изделий, поджиме флюса, подъеме различных устройств для предотвращения протекания сварочной ванны, в том числе, флюсовых подушек, в специальном технологическом оборудовании используются пневмошланговые механизмы с пожарными напорными прорезиненными рукавами из синтетических нитей. Применение рукавов обусловлено их компактностью и значительными развиваемыми усилиями при небольших габаритных размерах в сравнении с обычными механизмами (например, пневмоцилиндрами). При разработке таких механизмов в связи многообразием их конструкций и функционального назначения существует проблема выбора диаметров рукавов и схем их установки в зависимости от требуемых усилий и хода исполнительных элементов.
В работе [1] в общем рассмотрены теоретические основы пневмошланговых приводов с установкой одного рукава. Однако на практике установка одного рукава в подъемных механизмах часто оказывается недостаточной [2] из-за несоответствия требуемым значениям грузоподъемности или хода механизма в целом. Приходится устанавливать несколько рукавов по различным схемам компоновки. В связи с этим, теоретическое обоснование критериев выбора параметров рукавов (их диаметров и схем установки) при конструировании пневмошланговых приводов является важной практической задачей для облегчения инженерных расчетов специального технологического оборудования сварочного производства.
Целью настоящей работы является разработка и теоретическое обоснование практических критериев выбора параметров рукавов пневмошланговых механизмов.
В общем схема работы рукава (пневмошланга) представлена на рис. 1, где показаны три положения рукава при подаче в него сжатого воздуха: два промежуточных и крайнее.
Рис.1 - Схема работы рукава (пневмошланга): 1 и 2 - промежуточные положения рукава; 3 - крайнее положение рукава; 4 - поднимаемый груз; 5 -площадка смятия; 6 - опорная поверхность; Ь[ и Ъ., - ширина площадки смятия и ход рукава, равный диаметру его цилиндрических частей «¿р1 в одном из промежуточных положений; Ьтах - максимальный ход рукава, равный его штатному диамет-РУ<1Р.
Так как рукава армируются тканью, то под воздействием внутреннего давления они не растягиваются в радиальном направлении и периметр окружности в сечении рукава в любом
1 ПГТУ. д-р техн. наук, проф.
2 ПГТУ. аспирант
его положении остается постоянной величиной. При этом части рукава, свободные от опорных площадок (площадок смятия), с достаточной степенью точности принимают правильную цилиндрическую форму [1]. Грузоподъемность рукава прямо пропорциональна давлению воздуха в нем и ширине площадки смятия Ь; и обратно пропорциональна ходу рукава Ь,. так как чем больше ход, тем меньше ширина площадки. Максимальную грузоподъемность рукав имеет при минимальном ходе, то есть, в начальном положении, когда ширина площадки смятия максимальна и равна (при полном сплющивании рукава) половине его диаметра. Минимальную (нулевую) грузоподъемность рукав имеет в конце хода, когда его периметр принимает форму окружности, а ширина площадки смятия стремится к нулю.
Для определения грузоподъемности рукава в каждом его положении используем формулу (65) из [1], записав ее в соответствии с рис. 1 в виде:
(1)
2 - Р
где С) - грузоподъемность рукава, кгс на 1 погонный см длины (кгс/см); q - рабочее давление воздуха, кгс/см2; с1Р - внутренний диаметр рукава, см; Ь - ход (высота) рукава в данном положении, см. Основные схемы установки рукавов в пневмошланговых механизмах, используемых для подъема (поджима), показаны на рис. 2.
4
/77
<
6 9
'А/////
Один рукав
Два рукава по вертикали
Четыре рукава в два яруса
Три рукава в два яруса
Два параллельных рукава
а) б) в) г) д)
Рис.2 - Основные схемы установки рукавов в пневмошланговых механизмах: 1 - опорная плоскость; 2 - рукав; 3 - разделитель; 4 - поднимаемый груз.
Используя формулу (1) строим расчетные графики зависимости грузоподъсмности рукавов от их хода. В соответствии с [3], в промышленности изготавливаются пожарные напорные прорезиненные рукава внутренним диаметром 51, 66, 77, 89, 110 150 мм. Графики строим для установки рукавов одинакового диаметра по схемам а), б), в) и г) (см. рис. 1), при этом для наглядности группируем графики для рукавов диаметром 51 и 110, 66 и 150, 77 и 89 мм - см. рис. 3 а), б) и в) соответственно. Грузоподъемность рукавов указана в кгс на метр погонный длины при давлении воздуха 4 кгс/см2, ход (диаметр) - в мм.
Из графиков видно, что при установке рукавов по схеме б) удваивается ход исполнительного механизма, по схеме в) - удваивается его грузоподъемность, по схеме г) - удваиваются ход и грузоподъемность. Схема д) позволяет увеличить только ход в зависимости от диаметров верхнего и нижних рукавов. При этом грузоподъемность нижних рукавов должна быть не меньше грузоподъемности верхнего. Это правило относится ко всем схемам установки при использовании рукавов разных диаметров. При использовании пневмошланговых механизмов для прижима (силового воздействия сверху вниз) необходимо применять обратное соотношение.
Для конкретного выбора параметров на всех графиках наносятся вертикальные линии минимального хода и горизонтальные линии нагрузки.
Вертикальная линия минимального хода ограничивает минимальную высоту рукава для предотвращения его н с д о пуст и м о г о сплющивания, которое может привести к трещинам в резиновом покрытии. Конструктивно величина минимального хода принимается равной не менее 10 мм. Однако, при необходимости ограничить ширину рукава в исходном положении, в каждом конкретном случае она может быть больше.
Q, кгс/м.п
a)
15000
10000
5000
рукав 051 мм рукав 0110мм
300 h. мм
б)
20000
W
15000
10000
5000
Q, кгс/м.п.
\
V
\
\
\
рукав 066 мм рукав 0150 мм
0 10
50
100
200
\
250
"Г^ч,
300 h, мм
Q, кгс/м.п
В)
15000
10000
5000
рукав 077 мм рукав 089 мм
О 10 50 100 150 200 250 300 ll, мм
Рис.3 - Графики зависимости грузоподъемности рукавов Q от их хода h: 1 - вертикальная линия минимального хода рукава; 2 - горизонтальная линия нагрузки; 3 - вертикальная линия полного хода рукава.
Горизонтальная линия нагрузки - это то усилие, которое должен развивать пневмошлан-говый механизм, то есть, его грузоподъемность в целом для конкретно конструируемого оборудования. Для примера рассмотрим выбор параметров рукавов пневмошлангового механизма для подъема флюсовых подушек линий сборки и сварки листовых полотнищ обечаек котлов железнодорожных вагонов-цистерн, конструктивное исполнение которых описано в [2]. В данном случае пневмошланговый механизм должен преодолеть вес поднимаемых элементов подушки Gn, вес флюса в ее коробе Оф и сопротивление перемещению при подъеме подушки в направляющих Fc. Кроме того, этим механизмом подушку необходимо поджать к полотнищу, прижимаемому к роликовому полю специальными прижимами с силой Qnp, обеспечив плотный контакт корпуса (и флюса) со свариваемыми кромками, не подняв при этом полотнище (часть веса которого GIKVJ преодолевает механизм) с роликового поля. То есть, усилие развиваемое пневмошланговым механизмом (QM) в данном случае при условии равновесия всех указанных сил должно быть:
Q»=Sa + Gia + FB + Gnaa + Чар (2)
По данным ИЭС им. Е О Патона, усилия прижима кромок свариваемых листов (Qnp) должны быть порядка 4000 кгс на 1 погонный метр стыка [1]. Вес подушки, вес флюса и вес полотнища в сумме составляют до 1000 кгс на 1 погонный метр стыка. Сопротивлением перемещению в вертикальных направляющих из-за его незначительной величины (роликовые подшипники, сила нормального давления на два порядка ниже веса поднимаемых элементов на всю их длину) можно пренебречь. Тогда усилие, которое должен развивать пневмошланговый механизм в нашем примере QM составит 5000 кгс на метр погонный длины рукавов. Проведя горизонтальную линию нагрузки, в точках ее пересечения ее с графиками (рис. 3) получим необходимые для достижения этой нагрузки значения хода механизма при использования рукавов различных диаметров в разных схемах их установки. Для нашего примера необходим рабочий ход механизма равный 90 мм. Полный ход при этом составит 10+90=100 мм. Отметив его вертикальной чертой на графиках рис. 3 и анализируя их, видим, что для данного случая полностью неприемлемы, так как не достигается требуемой нагрузки, рукава диаметрами 50, 66 и 77 мм при любой схеме установки, рукава диаметрами 89 и 110 мм, за исключением схемы установки 4-х рукавов в два яруса, одиночный рукав диаметром 150 мм. Из пяти (из 24-х) оставшихся вариантов (рукава диаметрами 89,110 и 150 - по 4-е в два яруса и рукав диаметром 150 сдвоенный по вертикали и сдвоенный по горизонтали) наиболее оптимальным является применение рукава диаметром 89 мм установленного по схеме 4-е рукава в два яруса. В этом случае при требуемом ходе мы получаем заданное усилие и оптимальные габаритные размеры. Кроме того, для равновесия системы нет необходимости искусственно ограничивать ход.
Перспективы дальнейших исследований связаны с разработкой новых схем установки рукавов пневмошланговых механизмов, а также с созданием алгоритма автоматизированного выбора их параметров.
Выводы
1. Разработаны критерии и методика выбора параметров рукавов (диаметров и схем установки) пневмошланговых механизмов специального технологического оборудования сварочного производства.
2. Установлены графические зависимости для определения усилий рукавов пневмошланговых механизмов от их хода для различных диаметров и схем установки.
Перечень ссылок
1. Севбо П.И. Конструирование и расчет механического сварочного оборудования. / П.И. Сеево. - К.: Наукова думка, 1978. - 400 с.
2. Пат. 20105 Украина, МПК (2006) В23К37/06. Пристрш для запоб1гання пролкання зварюва-льно! ванни.
3. ГОСТ 7877-75. Рукава пожарные напорные прорезиненные из синтетических нитей.
Рецензент: А.Д.Размышляев Статья поступила 20.03.2007
д-р техн. наук, проф., ПГТУ
