3.3 Конструкторське пророблення ланцюгового кантувача

3.3.1 Розрахунок кількості опор

Розглянемо нашу конструкцію, що зварюється , як балку на двох опорах (рисунок 3.2).

q – рівномірно розподілене навантаження від дії сили ваги, ;

M_из – згинальний момент, Н∙мм;

L – довжина конструкції, мм;

f – прогин балки, мм

Рисунок 3.2 – Розрахункова схема визначення прогину балки, що знаходиться

під дією рівномірно розподіленого навантаження

В таких випадках має місце прогин конструкції f, який повинен знаходитися в межах:

(3.1)

де - технологічна вимога при зварюванні при зварюванні повздовжніх швів (в протилежному випадку можливий обрив дуги);

- допустимий прогин з умов, що він повинен бути в межах пружної деформації.

Другий випадок вказує на те, що при максимальному прогині конструкції [f], остання повинна деформуватися у межах пружної стадії деформації, тобто напруження в металі повинні бути менші, ніж межа його текучості.

Отже, визначимо допустимий прогин [f] для нашої балки (рисунок 3.3), при досягненні якого, в ній залишиться пластична деформація.

Для розрахунку використаємо наступну формулу:

(3.2)

де Е – модуль Юнга, (для сталі Ст.З Е=2∙10⁵ МПа);

І – момент інерції, мм⁴;

L – довжина балки.

Для перерізу балки, що виготовляється, момент інерції розраховуємо за формулою (3.3).

b = 500 мм; b1 = 440 мм; а = 400 мм; а1 = 340 мм

Рисунок 3.3 - Балка, що виготовляється

Момент інерції для даного перерізу знаходиться за формулою:

(3.3)

Значення рівномірно розподіленого навантаження для цього випадку розраховуємо за формулою:

(3.4)

де Р – вага конструкції (Р = 4711кгC = 47110 Н).

Підставимо значення моменту інерції І та рівномірно розподіленого навантаження q у формулу (3.2) і проведемо розрахунок:

Таким чином, умова (3.1) не виконується. Отже, необхідно ставити опору по центру і надалі розглянемо балку довжиною L/2 та знову перевіряємо вимогу

Максимальний прогин f_max від розподіленого навантаження q посередині

балки визначається за формулою:

(3.5)

Таким чином, умова (3.1) виконується:

Приймаємо кількість опор (опорних петель) і=3.

Для другого випадку, спочатку необхідно визначити допустиме значення прогину . Для цього необхідно у формулу (3.2) підставити допустиме значення

навантаження , перевищення якого приведе до пластичної деформації балки. Значення можна визначити наступним шляхом.

Для цього випадку вимога міцності має вигляд:

, (3.6)

де – допустиме значення напружень, МПа;

W – момент опору;

М_ЗГ – згинальний момент балки.

Визначимо допустиме значення напружень для сталі Ст.3 :

(3.7)

де - границя текучості сталі (для сталі Ст.3 ).

к – коефіцієнт запасу (при статичних навантаженнях к =1.4 – 1.5).

Момент опору для даного перерізу балки:

(3.8)

Значення максимального моменту знаходимо за формулою:

(3.9)

Підставимо формулу 3.9 у вираз 3.6:

;

Тоді значення буде визначатися:

(3.10)

Підставляючи значення в формулу (3.2) знаходимо допустимий прогин:

Отже, при значенні прогину 59.82 мм, балка набуде незворотної пластичної деформації.

2. Розрахунок ланцюга

1. Визначення сумарного натягу ланцюгів

Сумарний натяг ланцюгів визначимо за такою формулою:

(3.11)

де – кут обхвату балки ;

G – вага конструкції (балки), кгС.

2. Визначення натягу одного ланцюга

(3.12)

де і – кількість опорних петель (і=3);

к – коефіцієнт, який враховує кількість опорних петель (к=1.5).

3. Розрахунок ланцюга на міцність

Умова міцності ланцюга:

(3.13)

де К_З – коефіцієнт запасу міцності (К_З=6);

К_Д – коефіцієнт, який враховує динамічні навантаження (К_Д=1.4…1.6);

– сила при перевищенні якої відбудеться руйнування ланцюга.

6 ∙ 1.5 ∙ 1665кгС = 14980 кгС = 149,8 кН.

Виходячи із зусилля розриву ланцюга, за нормативною документацією вибираємо ланцюг. Для даного кантувача можливе використання двох видів ланцюгів:

1) вантажний круглоланковий зварний комбінований.

Позначення: ланцюг А1- 23x64 ГОСТ 2319-81

Зусилля розриву: 200 кН = 20000 кгС.

d – калібр ланцюга; р – крок ланцюга; b – ширина ланцюга

Рисунок 3.4 – Загальний вигляд круглоланкового зварного ланцюга

2. вантажний пластинчастий ланцюг.

Позначення: ланцюг G200 - 2 - 55 ГОСТ 191-82.

Зусилля розриву: 200 кН = 20000 кгС.

t – крок ланцюга; s – товщина пластини; d – діаметр валика

Рисунок 3.5 – Загальний вигляд вантажного пластинчастого ланцюга

Так як, вантажний пластинчатий ланцюг складніший у виготовленні, має складну форму, низьку ремонтну здатність і високу вартість у порівнянні з круглоланковим ланцюгом, тому для нашої операції обираємо вантажний круглоланковий зварний комбінований ланцюг А1-23х64 ГОСТ 2319-81:

d=23мм; р=64 мм; b=77 мм; Р_р=200 кН = 20000 кгС.

Даний ланцюг володіє рухомістю в будь-якому напрямку.

3.3.3 Визначення потужності двигуна

(3.14)

де V – лінійна швидкість ланцюга, (V = 0.1 – 0.2 м/с);

– коефіцієнт корисної дії, який включає всі ланцюги від валу

двигуна до блоків зірочок включно, ( ).

Вибираємо двигун, розрахований на 75 кВт, з урахуванням запасу міцності, тип двигуна: АИР315М10.

3.3.4 Розрахунок блоків зірочок

Калібрований ланцюг працює на зірочках із зачепленням на горизонтальну ланку. Для обраного ланцюга підбираємо зірочку.

Тип зірочки: комбінована з одночасним зачепленням за вертикальну та горизонтальну ланку.

Приймаємо кількість зубців зірочки Z = 12, крок t =151 мм.

Розраховуємо:

• ділильний діаметр зірочки d_Д :

(3.15)

мм.

• ділильний діаметр кола виступів D_e:

(3.16)

де к – коефіцієнт форми зуба, (к=0.555).

мм.

• ділильний діаметр кола западин D_і :

, (3.17)

де r – радіус впадин:

r = 0.5025 ∙ D_Ц + 0.05 мм , (3.18)

де D_Ц – діаметр елемента зачеплення, (D_Ц=20 мм).

r = 0.5025 ∙ 20 + 0.05 = 10.1 мм.

D_і = 576 – 2 ∙ 10.1 = 556 мм.

5. Визначення діаметру приводного вала

(3.19)

де М_Е – еквівалентний момент на валу привода, Н∙мм;

- допустиме значення напружень для матеріалу вала (Сталь 45);

Визначимо допустиме значення напружень для Сталі 45 за формулою (3.7):

Еквівалентний момент на валу привода визначається за формулою:

(3.20)

де - згинаючий момент на валу, Н∙мм;

- крутний момент на валу, Н∙мм.

1 – вісь веденої зірочки; 2 – епюра згинальних моментів;

3 – вісь веденої зірочки; 4 – опорний стояк; 5 – ланцюг

G – вага балки; S – згинальна сила; U, Т – складові сили S; – кут обхвату балки ; Н – висота стояка, Н = 1480мм

Рисунок 3.6 – Розрахункова схема опорного стояка ланцюгового кантувача

(3.21)

де S – згинальна сила (S = 2∙Р₁ = 2∙1665кгС = 3330кгС = 33.3кН);

l – відстань від вісі зірочки до вісі найближчого підшипника, мм.

Розрахуємо крутний момент на валу за формулою:

(3.22)

де - початковий діаметр ведучої зірочки, мм.

Розрахуємо еквівалентний момент на валу привода по формулі (3.20) :

Розрахуємо діаметр приводного вала по формулі (3.19):

3.3.6 Розрахунок стояків на міцність

Умова міцності:

(3.23)

де М_ЗГ – згинальний момент в стояку, Н∙мм;

W – момент опору, мм³;

U – складова зусилля S;

F – площа поперечного перерізу стояка, мм² .

Згинальний момент в стояку визначається за формулою:

, (3.24)

де Т – складова згинальної сили S.

.

Розрахуємо U - складову зусилля S за формулою:

. (3.25)

.

Підбираємо переріз стояка. Вибираємо стандартні швелери №30, які розташовуємо так, як показано на рисунку 3.7. Матеріал – Сталь 45.

Рисунок 3.7 – Поперечний переріз стояка

Момент опору для швелера №30 знаходимо із довідника [1]:

мм³.

Момент опору для перерізу стояка:

W=2∙W_ш . (3.26)

W=2∙3.87∙10⁵ = 7.74∙10⁵ мм³ .

Площа перерізу стояка: F = 9000 мм².

При заданому перерізі перевіримо умову міцності (3.23):

Умова міцності виконується, отже виготовляємо стояки зі стандартних швелерів профіля №30 (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 – Розміри профіля швелера №30

7. Розрахунок опорної рами ланцюгового кантувача на міцність

Умова міцності для розрахунку рами:

(3.27)

де - згинальний момент в рамі;

- момент опору поперечного перерізу рами.

Рисунок 3.9 – Розміри швелера профіля №20

Підбираємо переріз рами. Вибираємо стандартний швелер №20, який показано на рисунку 3.9.

Умова міцності виконується.

Для кріплення рами вибираємо болти фундаментні:

Болт 1.2.М24х400 ГОСТ 24379.1- 80.

Зірочки посаджені на вали за допомогою шпонкових з’єднань.

Вибираємо шпонки: шпонка 20x18x40 ГОСТ 10748-79.

Підшипники: роликові конічні однорядні підвищеної вантажності, 2007112А ГОСТ 27365-87.

Раму виготовляємо зі стандартних швелерів, профіль №20.