Расчет мощности приводов механизмов электропушки
Ход работы:
- Выбрать исходные данные по своему варианту;
- Выполнить схемы механизмов прижима и прессования эл.пушки;
- Произвести расчет мощности двигателя механизма выталкивания лёточной массы из цилиндра пушки.
Методика расчета
Усилие, действующее на поршень
F = gπD²/4, кН
Скорость передвижения поршня
Vp = Vмd²/D², м/c
Геометрические размеры винта
Наружный диаметр резьбы d = 230 мм;
Средний диаметр резьбы d2 = d – 0,75 р, мм;
Внутренний диаметр резьбы d1 = d – 1,7 р, мм;
Шаг резьбы р = 40 мм.
Угол подъёма винтовой линии
α = arctg (P/πd2), град.
Угол трения в резьбе
ρ = arctg μp, град.
К.п.д. винтовой передачи
ηв = tgα/ tg(α+ρ)
К.п.д. механизма
ηм = η1³ηв, где η1 – к.п.д. одной ступени цилиндрической передачи, η1 = 0,98.
Мощность электродвигателя
P = FV/ ηм, кВт
Выбор электродвигателя
Тип Д________, мощность Р = _______кВт, Частота вращения
вала n = _____минֹ¹
Произвести кинематический расчет механизма выталкивания лёточной массы из цилиндра пушки.
Частота вращения гайки
nв = 60 Vp/p, минֹ¹
Общее передаточное число привода механизма
u = n/nв
Разбивка общего передаточного числа
u = u1 * u2 * u3, где u2 = ³√ u; u1 = 1,2 √ u/u2; u3 = u/u1 * u2
Частота вращения, угловая скорость входного вала редуктора и крутящий момент, передаваемый этим валом
n1 = n, минֹ¹; ω1 = π * n1/30, cֹ¹; M1 = P/ω1, кНм
Частота вращения, угловая скорость входного вала редуктора и крутящий момент, передаваемый первым блоком шестерён
n2 = n1/u1; ω2 = ω1/u1; M2 = M1 * u1 * η1, кНм
Частота вращения, угловая скорость входного вала редуктора и крутящий момент, передаваемый вторым блоком шестерён
n3 = n2/u2; ω3 = ω2/u2; M3 = M2 * u2 * η1, кНм
Частота вращения, угловая скорость входного вала редуктора и крутящий момент, необходимый для вращения гайки
nr = n3/u3; ωr = ω3/u3; Mr = M3 * u3 * η1, кН
Произвести расчет винта на прочность
Крутящий момент, воспринимаемый винтом
Мкр = 0,5F * d2 * tg(α + ρ), кНм
Напряжение сжатия в теле винта
σсж = 4F/ π * d1² , Н/мм²
Касательные напряжения, возникающие в теле винта
τкр = Мкр/0,2 * d³, Н/мм²
Результирующие напряжения
σр = √σсж² + 4τкр², Н/мм²
Проверка коэффициент запаса прочности
n = σв/σр ≥ [n] = 2,5 (для поверхностно закалённого стального винта
σв = 900 Н/мм²).
Момент инерции сечения винта
J = π * d14 (0,4 + 0,6 * d/d1)/64, мм4
Критическая сила, определяемая по формуле Л. Эйлера
Fкр = π2E * J/ny(μ * l)2;
где Е = 2,12 × 105 Н/мм2 – модуль упругости для стали;
μ = 1,0 - коэффициент привидения длины вылета винта при шарнирном способе крепления концов винта;
ny = 2,5 ÷ 4,0 – рекомендуемое значение коэффициента устойчивости винта.
Проверка условия устойчивости винта
если F ≤ Fкр, продольная устойчивость винта соблюдается.
Произвести расчет параметров гайки из условий обеспечения прочности ее элементов
из условия прочности витков резьбы на смятие
z = 4F/ π(d2 – d12)[σ]cм
из условия прочности витков резьбы на срез
z = F/πd1b[τ]cp, где b – толщина витка резьбы у основания;
b = 0,75р, мм
из условия прочности витков резьбы на изгиб
z = Mизг/ Wизг[σ]из,
где Мизг – изгибающий момент, действующий на виток резьбы;
Мизг = 0,5F(d – d2), Нм
Wизг – осевой момент сопротивления поперечного сечения витка резьбы изгибу; Wизг = πdb2/6, мм3
Из трех полученных значений z принимаем большее значение, z = /z/max
Длина гайки Н = z * p, мм;
Наружный диаметр гайки D = (1,5….1,8)d1, мм.
Принимаем D = …мм.
Наименование параметров |
Обозна-чение |
Единица изм. |
Варианты |
||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|||
Длина рабочего цилиндра |
D |
Мм |
650 |
650 |
650 |
650 |
650 |
650 |
680 |
Диаметр отверстия носка пушки |
d |
мм |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
150 |
Удельное давление лёточной массы |
g |
Па |
5.0 |
6.5 |
7.0 |
7.2 |
8.6 |
9.0 |
10.0 |
Скорость выхода лёточной массы из пушки |
V |
м/с |
0.19 |
0.19 |
0.18 |
0.2 |
0.2 |
0.22 |
0.27 |
Ход поршня |
l |
мм |
1505 |
1305 |
|||||
Тип резьбы винтовой передачи |
_ |
_ |
Трап. 230 × 40 |
||||||
Средн. диаметр резьбы |
d2 |
м. |
d2 = d – 0,75р |
||||||
Внутр.диаметр резьбы |
d1 |
мм |
d1 = d – 1,7p |
||||||
Материал винта |
_ |
Сталь 40ХН, σв = 900 Н/мм2, [σ] = 170 Н/мм2 |
|||||||
Коэффициент привидения винта |
μ |
μ = 1,0 |
|||||||
Материал гайки |
- |
Бронза Бр. АЖ 9-4, [σ]см = (7-13) Н/мм2; [τ]ср = (26-34) Н/мм2; [σ]из = (35-40) Н/мм2 |
|||||||
Коэффициент трения в резьбе |
μр |
_ |
0,1 |
||||||
К.п.д. зубчатой пары (одной ступени) |
η |
_ |
0,8-0,85 |
Схемы механизмов электропушки
Теоретическая часть
Механизма прижима пушки устанавливают на лафете 28, который жестко прикреплен болтом 23 к консоли поворотной колонны. На щековиннах лафета с каждой стороны имеются два фигурных паза 19, по которым перемещаются ролики 18, тележки 15. К тележке при помощи шарнира 17 и винтовой стяжки 16 подвешен механизм выдавливания лёточной массы. Фигурные пазы обеспечивают уменьшение угла наклона цилиндра механизма выдавливания массы при отводе тележки в крайнее левое положение, что нужно для вывода пушки из желоба и удобства заполнения цилиндра лёточной массой. При передвижении тележки в крайнее правое положение механизма выдавливания массы наклоняется на угол примерно 17 град, вводится в главный желоб и прижимает носок цилиндра к летке.
Тележка перемещается электродвигателем 22 через двухступенчатый цилиндрический вертикальный редуктор 21 и винтовую пару 26 и 27, гайка которой 26 соединена с правой осью роликов тележки 15. Корпус механизма, на котором смонтированы двигатель, редуктор и винт, шарнирно опирается через подшипник 20 на лафет и через гайку 26 – на тележку 15. Электродвигатель соединен с редуктором при помощи муфты предельного момента.
Механизм выталкивания лёточной массы обеспечивает поступательное перемещение винта 7 и связанного с ним поршня 2 от электродвигателя 12 через трехступенчатый редуктор и винтовую пару 6 и 7. Поршень выталкивает массу из цилиндра 1 через переходной патрубок 33 и носок 32 в лёточный канал. Приводная вал - шестерня 13 входит в зацепление с зубчатым колесом 5, установленным при помощи подшипника на валу – гайке 6. Зубчатое колесо 5 входит в зацепление с шестерней 14, также свободно установленной на подшипнике, на валу. Шестерня 14 находится в зацеплении с колесом 4, жестко укрепленном на валу – гайке 6. Вал – гайка опирается через два подшипника на корпус редуктора. Упорный подшипник 3 воспринимает осевое усилие винта. При вращении гайки винту и связанному с ним поршню 2 сообщается поступательное движение. Поворот винта и поршня исключают установкой шпонок, которые располагают внутри защитного кожуха винта. Для предохранения нарезки винта от загрязнении при выталкивании лёточной массы имеется телескопическое защитное устройство.
Зарядку рабочего цилиндра 1 массой осуществляют, как правило, вручную с торца при отведенном в сторону переходном патрубке 33 с носоком 32. После заполнения цилиндра массой к нему прикрепляют клиньями переходный патрубок и носок пушки. После этого поршень отводят в исходное положение и в освободившееся в цилиндре пространство добавляют лёточную массу через люки 34.
Для наблюдения за положением поршня предусмотрен специальный циферблат, 8, указатель – стрелка 9, которого через двухступенчатый кинематический редуктор 10 и многозаходную винтовую передачу 11 связана с винтом 7.
При выталкивании массы в типовых пушках реактивное усилие при помощи захвата 30, заходящего в скобу 31, передается на кожух печи или специальную балку, на которой укреплена скоба. Это разгружает механизмы поворота и прижима пушки от реактивного усилия. Перед отводом пушки электромагнит 24 при помощи дауплечего рычага 25 и тяги 29 поднимает захват.
Для закрытия лётки заполненный лёточной массой цилиндр механизмом поворота устанавливают над главным желобом, а защелка лафета захватывает скобу, после чего механизм прижима передвигает тележку, наклоняет механизм выталкивания массы и прижимает носок цилиндра к футляру лётки, затем этим механизмом масса выталкивается в лётку.