 |
Расчёт затрат энергии приводом пресса
|
|
|
|
Выбор оптимального варианта затрат энергии приводом пресса является одним из важнейших элементов расчета прессов.
На рисунке 13 представлен график усилия штамповки в зависимости от хода ползуна. Исходя из него, может быть определена полезная работа:
 ,
| (26) |
|
где | |
- площадь графика
Рисунок 13 – График усилия штамповки в зависимости от хода ползуна
Полезная работа Апп = F, где F – площадь графика.
.
В соответствии с кривой 
(рис.13) и кривой 
перемещения ползуна в зависимости от угла поворота кривошипа (рис.3) строится кривая усилия зависимости штамповки 
от угла поворота кривошипа (рис.14), для удобства подсчёта переведём градусы в радианы.
В соответствии с графиком (рис.14) и графиком приведенного крутящего момента 
(рис.7) строится кривая крутящих моментов 
на рабочем валу в зависимости от угла поворота кривошипа (рис.15).
Рисунок 14 – График усилия штамповки в зависимости от угла поворота кривошипа
По графику крутящего момента определяется работа, затраченная на трение в кривошипно-шатунном механизме:
 ,
| (27) |
|
где | |
- площадь графика 
.
.
Рисунок 15– График крутящих моментов в зависимости от угла поворота кривошипа
Полная технологическая работа пресса без учета работы выталкивания:
 .
| (27) |
.
Работа холостого хода:
 .
| (29) |
.
Работа на включение муфты:
 .
| (30) |
Мощность электродвигателя определяется по формуле:
| (31) |
|
где
| |
коэффициент запаса мощности, 
=1,3;
- время цикла.Время цикла определяется по формуле:
 .
| (32) | ||
|
где
| |||
- число ходов пресса в мин;
- коэффициент использования числа ходов.
.
кВт
Выбираем электродвигатель с 
и частотой вращения 1370 
тип 4АА63В4.
Момент инерции маховика определяется по формуле [2]:
| (33) |
|
где
| |
– коэффициент неравномерности;
– частота вращения маховика;
– коэффициент формы графика.
Коэффициент неравномерности определим:
| (34) |
|
где
| |
– величина упругого скольжения клиноремённой передачи при нормальной нагрузке, 
;
[2 с. 111];
– номинальное скольжение, 
[2 с. 111]
– коэффициент формы графика.
Коэффициент формы графика находим по формуле:
| (35) |
|
где | |
–угол поворота кривошипа за время рабочего хода (определяется по рис.15)
По рассчитанному моменту инерции маховика определяют его размеры:
Диаметр маховика определим по формуле:
| (36) |
Массу маховика определим по формуле:
| (37) |
6. РАСЧЁТ КЛИНОРЕМЁННОЙ ПЕРЕДАЧИ [5]
Большинство прессов имеет клиноременные передачи. Широкое использование клиноременных передач обусловлено их преимуществами по сравнению с ранее применявшимися плоскоременными передачами. Они обеспечивают меньшее межосевое расстояние между валами, большую тяговую способность и безопасность при обрыве ремня, увеличивают диапазон передаточных чисел, уменьшают силы натяжения ремней и силы, действующие на валы и опоры.
Расчет клиноременной передачи производится в следующей последовательности:
Мощность, передаваемая ремнями: 
.
Число оборотов электродвигателя: 
.
Задаются диаметры шкивов: 
, 
.[3 с.15 табл. 3.3]
Передаточное число:
 ,
| (38) |
.
Определяется скорость ремней:
 .
| (39) |
.
Межцентровое расстояние определяется из формулы:
| (40) |
|
где
| |
и 
[6 с. 189 табл. 31]
и 
.
Определяется длина ремней:
 .
| (41) |
.
Число изгибов ремня определяется по формуле (42) и не должно превышать 40:
 .
| (42) |
, 
условие выполняется.
|
|
|
По мощности, передаваемой ремнями, определяем сечение ремня – сечение А.
По ГОСТ 1284-79 определяем длину ремня, округляя расчетную длину до ближайшей величины: 
.
Угол обхвата на шкиве электродвигателя находят по формуле:
 .
| (43) |
.
Коэффициент угла обхвата:
 .
| (44) |
Число ремней в передаче определяют по формуле:
 .
| (45) |
где  − мощность, передаваемая одним ремнем,
 ,[с.150 рис. 5.7];
 − коэффициент режима работы ремней,  ,[с.149];
|
.
Принимается 1 ремень.
Рисунок 16 – Сечение ремня
Усилие, действующее на вал оси клиноременной передачи, равно [7 с. 198]:
 .
| (46) |
|
где ремней. | |
- коэффициент, учитывающий предварительное натяжение
.
7. РАСЧЕТ УЗЛА МУФТА─ТОРМОЗ [4]
7.1 Расчет муфты
Из конструкций фрикционных муфт наиболее распространены дисковые муфты.
Дисковые муфты бывают одно-, двух- и многодисковые. В настоящее время наиболее распространены муфты с фрикционными вставками [3].
Момент, передаваемый муфтой, рассчитывается по формуле (15):
 ,
| (47) |
где  − крутящий момент на главном валу при угле
поворота главного вала  [ с. 47 т.2],  ;
 − коэффициент запаса, учитывающий инерционность ведомой части, динамичность нагрузки и колебания коэффициента трения;
|
.
Исходя из рассчитанного момента, передаваемого муфтой пресса, определим допускаемое усилие по ползуну:
 .
| (48) |
.
Согласно нормам машиностроения передаваемый момент должен быть равен 
[1].
В качестве материала фрикционных вставок выбираем 143-66.
По таблице 14: давление 
, коэффициент взаимного перекрытия 
, относительная ширина кольца трения 
.
По рисунку 100: коэффициент трения 
.
По таблице 12: коэффициент формы 
.
Приведенный коэффициент трения:
 .
| (49) |
.
Определим средний радиус трения:
 .
| (50) |
где  – число поверхностей трения.
|
.
Определим наружный и внутренний радиусы накладок:
 и 
| (51) |
и 
Полученные значения округляем до ближайших целых чисел. Далее уточняем параметры 
и 
по формулам:
 и 
| (52) |
|
где – ширина кольца трения.
|
и 
Определим суммарную площадь трения:
| (53) |
|
|
|
Число вставок определим из формулы:
| (54) |
где  – коэффициент трения трения, принимаемый равным 0,35;
 – допускаемое давление на вкладки, 0,3 МПа;
– количество поверхностей трения.
|
Толщина ведомого диска зависит от типа фрикционных элементов.
Для муфт с накладками толщина диска должна обеспечивать необходимую его жёсткость. Практика прессостроения показала, что жёсткость диска получается вполне удовлетворительной, если выдерживается условие:
Определяем габаритные размеры пневмоцилиндра:
Принимаем расчетное рабочее давление 
, давление 
.
Определяем площадь поршня пневмоцилиндра:
 .
| (55) |
.
Диаметр поршня будет равен:
 .
| (56) |
Находим полный ход поршня:
 .
| (57) |
Для регулируемых муфт величина износа 
.
.
Рассчитываем рабочее усилие затяжки одной пружины:
 ,
| (58) |
где  − количество пружин,  .
|
.
Принимаем пружины с усилием сжатия 
.
Муфту проверяют по показателю износа и удельному усилию на трущихся поверхностях:
Коэффициент износа:
 .
| (59) |
где  − момент инерции ведомых деталей привода, приведенный к валу муфты,  .
 − угловая скорость вала муфты,  ;
 − коэффициент использования числа ходов,  ;
 − коэффициент работоспособности,  ;
 − фактическое число включений в минуту,
 ;
 − площадь поверхности трения,
 .
|
,
усл. выполняется.
Рисунок 17– Допускаемое усилие на обкладках муфты
7.2 Расчет тормоза
Тормоз предназначен для выключения, остановки привода и исполнительного механизма после выключения муфты.
Расчет тормоза сводится к определению тормозного момента и выбору силовых элементов, которые будут обеспечивать получение требуемого момента. При этом также определяют показатель износа и удельное давление на обкладках [2].
Тормозной момент определяется по формуле:
 ,
| (60) |
где  − момент инерции ведомых деталей привода, приведенный к валу тормоза,  ;
 − угловая скорость вала тормоза,  ;
 − угол торможения, (для листоштамповочных прессов  ).
|
|
|
|
.
В качестве материала фрикционных накладок выбираем 143-66.
По таблице 19: давление 
, коэффициент взаимного перекрытия 
, относительная ширина кольца трения 
.
По рисунку 100: коэффициент трения 
.
По таблице 12: коэффициент формы 
.
Приведенный коэффициент трения:
 .
| (61) |
.
Так как муфта сблокирована с тормозом наружный и внутренний радиусы накладок принимаем равными соответствующим радиусам накладок муфты:
и 
Число вставок определим из формулы:
| (63) |
где  – коэффициент трения трения, принимаемый равным 0,35;
– допускаемое давление на вкладки, 0,2 МПа;
 – количество поверхностей трения.
|
Толщина ведомого диска зависит от типа фрикционных элементов.
Практика прессостроения показала, что жёсткость диска получается вполне удовлетворительной, если выдерживается условие:
Приведённый радиус трения найдём по формуле:
| (64) |
где  – коэффициент трения в шлицах, равен 0,1-0,12;
|
Рабочее усилие одной пружины:
 ,
| (65) |
где  − число тормозных пружин,  .
|
Расчётным усилием пружины тормоза является усилие сжатия пружины:
 ,
| (66) |
где  − зазоры между дисками при отключении, [ с.201]
 ;
 – коэффициент для тормозных пружин, должен быть больше или равен 0,75
|
Определяем габаритные размеры пневмоцилиндра:
Принимаем расчетное рабочее давление 
, давление 
.
Определяем площадь поршня пневмоцилиндра:
 .
| (67) |
.
Диаметр поршня по ф. 22 будет равен:
Находим полный ход поршня:
 .
| (68) |
Величина износа 
.
.
Коэффициент износа, по ф. 33:
,
усл. выполняется.
РАСЧЁТ СТАНИНЫ
Станины открытого типа любого конструктивного варианта подвергаются внецентренному растяжению, в силу чего возникает перекос направляющих ползуна по отношению к столу. Основная цель при проектировании – уменьшить этот перекос, поэтому размеры станин выбирают на базе имеющегося опыта так, чтобы расчётные напряжения в опасных сечениях не превосходили определённого, весьма низкого предела.[2]
Начинают расчёт с сечения II-II как наиболее опасного.
Рисунок 18– Схема станины
Для чугунных литых станин минимальная площадь устанавливается по эмпирическим соотношениям:
| (69) |
где  − коэффициент, равный 1,5.
|
Высота берётся в зависимости от величины вылета по формуле:
| (70) |
где  − вылет станины.
|
Ширина сечения берётся по соотношению:
|
|
|
| (71) |
|
Для чугунных литых станин толщина боковых стенок принимается в пределах 8-40 мм.
| |
Рисунок 19– Расчётное сечение II-II станины
Центр тяжести сечения станины:
y  = 
| (72) |
y = 
Моменты инерции фигур сечения:
1: 
2: 
3: 
4: 
| (73) |
где  − вылет станины.
|
Для литых станин из СЧ 25 допускаемое напряжение в растянутых волокнах не должно превышать 12-15 МПа [1 с. 97]. Условие выполняется.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузнечно-штамповочное оборудование: Учебник для машиностроительных вузов/ А.Н. Банкетов, Ю.А. Бочаров, Н.С. Добринский и др.; Под ред. А.Н. Банкетова, Е.Н. Ланского. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1982. – 576 с., ил.
2. Ланской Е.Н., Банкетов А.Н. Элементы расчёта деталей и узлов кривошипных прессов. – М.: Машиностроение, 1996. – 376с.
3. Кузнечно-штамповочное оборудование. Учебное пособие по курсовому проектированию/ Составитель В.И. Трусковский. –, 2004. – 50 с.
4. Власов В.И. Системы включения кривошипных прессов. Расчет и проектирование. М.: Машиностроение, 1969. – 272 с.
5. Кривошипные кузнечно-прессовые машины/ В.И. Власов, А.Я. Борзыкин, И.К. Букин-Батырев и др. Под ред. В.И. Власова. – М.: Машиностроение, 1982. 424 с., ил.
6. Ровинский Г.Н., Злотников С. Л. Листоштамповочные механические прессы.–М.: Машиностроение, 1968.–376 с.
7. Трусковский В.И., Барков Л.А. Прессы-автоматы для обработки порошковых материалов–1994.–304 с.
|
|
|
12 |
