Конструкторская разработка.

Разработке стенда предшествовал аналитический обзор учебной и инженерно - технической литературы, специальных периодических изданий, патентной и рекламной информации. Проведенный обзор показал, что стенды такого назначения в Украине машиностроительными предприятиями серийно не производятся. Несколько конструкций стендов упомянутых в литературе были изготовлены по индивидуальным заказам и по технической документации заказчика.

В связи с этим, а также учитывая необходимость такого стенда в РМ, так как он должен значительно уменьшить трудоемкость процесса ремонта ходовой части гусеничных тракторов и повысить качество ремонта, в настоящем разделе проведена разработка конструкции стенда для ремонта ходовой части гусеничных тракторов.

Устройство и работа стенда

Стенд для ремонта тракторных гусениц (сборка-разборка) является стационарной установкой, монтируемой на бетонном фундаменте. Основой стенда является пространственная рама. Основные конструкционные элементы рамы:

- Эстакада, на которой размещается ремонтируемая гусеница и силовой гидроцилиндр для выпрессовки-запрессовки соединительного кольца;

- Стойка, несущая на себе прижимной гидроцилиндр и механизм перемещения гусеницы, а также служащая опорой для звеньев гусеницы, подвергающихся силовому воздействию.

Рама выполнена из металлопроката стандартного профиля, элементы ее соединены между собой электродуговой сваркой.

На горизонтальном участке эстакады имеются направляющие, на которых размещается и по которым перемещается в процессе разборки-сборки гусеница. Они обеспечивают прямолинейность гусеницы и соосность отверстий, в которые запрессовывается соединительный палец. Направляющие представляют собой металлические массивные планки, крепящиеся к эстакаде болтами. Они могут переустанавливаться под определенный типоразмер гусеницы (звеньев), что придает стенду универсальность. На стенде могут размещаться и ремонтироваться гусеницы тракторов Т-100; Т-150; ДТ-75; Т-74 и др.

Эстакада, в направлении расположения гусеницы, в начале и в конце, имеет наклонные участки, по которым поднимается и сползает с эстакады гусеница.

Стенд имеет три механизма:

- Механизм прижатия (фиксации) звена гусеницы перед разборкой-сборкой;

- Механизм выпрессовки-запрессовки соединительных пальцев;

- Механизм перемещения гусеницы или ее звеньев;

Исполнительными узлами в этих механизмах служат гидроцилиндры. Привод гидроцилиндров осуществляется от общей гидронапорной станции. Рабочее давление в гидронапорной станции создается шестеренчатым насосом НШ 32-3. Вращение насосу сообщается трехфазным электродвигателем АО2-42-4 мощностью 7,5 Квт и с частотой вращения вала 1420 об/мин. В совокупности гидронапорная станция с приборами управления гидравликой, соединительными патрубками и гидроцилиндрами образуют гидравлическую систему стенда. Схема гидравлической системы стенда приведена на листе 6 графической части.

Гидроцилиндр (ГЦ-1) механизма выпрессовки-запрессовки пальцев двухстороннего действия. Он управляется гидрораспределителем К1.

В механизме прижатия гусеницы применен гидроцилиндр одностороннего действия (ГЦ-2) с возвращающей пружиной. Он управляется гидрораспределителем К2.

Сила прижимающего действия гидроцилиндров ГЦ-2 и ГЦ-3 регулируется перепускными клапанами К2 и К3.

В механизме перемещения гусеницы применен гидроцилиндр одностороннего действия (ГЦ-3) с возвращающей пружиной. Управляется гидрораспределителем К3. Именно такой тип движетеля обеспечивает плавное перемещение звеньев гусеницы и высокоточное (± 2 мм) помещение центра разбираемого шарнира относительно головки выпресовывателя.

Работает стенд следующим образом. В случае сборки гусеницы первые два звена помещаются на эстакаду и совмещаются отверстиями в проушинах, а отверстие размещается против головки гидроцилиндра-прессователя. Для более точного начального размещения звеньев на эстакаде имеется координатная разметка. Далее включается прижимной гидроцилиндр, который выдвижением штока с насадкой прижимает оба соединительных звена к направляющим планкам эстакады и таким образом фиксирует собираемый шарнир. После этого в боковое наружное отверстие звена наставляется соединительный палец. Головка пальца при этом обращена к наставке штока гидроцилиндра-прессователя. Включается гидроцилиндр-прессователь, и усилием выдвигающегося штока палец запрессовывается в отверстия звеньев. В результате между звеньями образуются соединительные шарниры, т. е. оба звена оказываются шарнирно соединены. После этого изменением направления потока жидкости шток гидроцилиндра прессователя отводится от головки запрессованного пальца, соединяющего звенья (задвигается). Затем отключением прижимного гидроцилиндра и отводом его штока снимается усилие прижателя. Чтобы выполнить следующее соединение, соединенную пару звеньев необходимо передвинуть по эстакаде настолько, чтобы задние отверстия последнего звена разместились против наставки штока цилиндра запрессовывателя. Эта операция выполняется механизмом с шаговым перемещением. Его конструкция приведена на листе 7.

В данном механизме используется гидроцилиндр. На конце штока гидроцилиндра закреплен рычажный толкатель, который упирается в выступ-зацеп звена гусеницы и при перемещении штока передвигает соединенные звенья на величину хода штока. Величина хода штока обеспечивает точное размещение задних отверстий звена против наставки гидроцилиндра прессователя. Накладывается следующее присоединяемое звено, наставляется следующий палец и осуществляется запрессовка. Далее операции перемещения и запрессовки повторяются необходимое количество раз. Запрессовка пальцев выполняется с использованием консистентной смазки.

Разборка гусеницы представляет собой выпрессовку пальца из отверстий соединенных звеньев. В этом случае все операции и их последовательность аналогичны. Разница лишь в том, что для выпрессовки пальца используется специальная наставка в виде стержня, диаметр которой позволяет ей свободно проходить через отверстия.

Расчеты, подтверждающие работоспособность стенда

Определение рабочих нагрузок и режимов.

Основным источником рабочих нагрузок в механизмах стенда является процесс запрессовки-выпрессовки соединительного пальца, а также перемещение гусеницы по эстакаде. При определении рабочих нагрузок взяты параметры гусеницы трактора Т-150, т. е. те из возможных, которые создадут максимальную нагруженность стенда. Усилие запрессовки пальца определяется конструктивными особенностями соединяемых деталей, а именно величиной натяга и длиной сопряжения.

При сборе гусениц из новых деталей натяга в сопряжении «палец-отверстие звена» по конструктивным размерам не бывает. Однако, если изношенные отверстия восстанавливались путем пластической деформации, возможно искривление общей геометрической оси отверстий звена. В этом случае при запрессовке пальца происходит его незначительная деформация, что создает сопротивление при проходе через все 7 отверстий, называемое усилием запрессовки. Кроме того, при эксплуатации гусеничной цепи неизбежны деформация (изгиб) пальца, неравномерные износы сопряжений «палец-звено». Поэтому, при разборке гусеницы для ремонта извлечение пальца из отверстий звеньев требует значительных усилий, называемых усилием выпрессовки.

Теоретический расчет этих усилий в учебно-методической литературе не встречается. Поэтому рабочее усилие запрессовки-выпрессовке пальца при разработке конструкции стенда выбрано на основании анализа конструкций, технологических параметров и опыта эксплуатации стендов подобного назначения в других сельскохозяйственных ремонтных предприятиях.

Номинальное усилие запрессовки-выпрессовки принято н. Другой рабочей нагрузкой, возникающей в стенде, является усилие, необходимое для перемещения (перетаскивания) гусеницы по поверхности эстакады на величину шага звена гусеницы для выполнения последующих операций запрессовки-выпрессовки. Рабочее усилие перемещения определяется при следующих условиях:

- Расчет ведется для полносборной гусеничной цепи;

- Т. к. угол наклона участков подъема и спуска эстакады одинаков, они не учитываются:

н

где 0,20 – коэффициент трения стальных загрязненных поверхностей.

Сила веса полносборной гусеницы

н

где - число звеньев гусеничной цепи трактора Т-150;

н – сила веса одного звена с пальцем.

Режимы выполнения операций на стенде.

Скорость запрессовки-выпрессовки пальца определяется технологическими особенностями этого процесса и безопасностью для выполняющего работника. На основании рекомендаций [ ] ее можно принять50…70 мм/сек. Скорость перемещения гусениц шаговым механизмом при смене положений центров отверстий определяется, главным образом, безопасностью для рабочего. Учитывая небольшой путь перемещения принимаю 70…100 мм/сек.

Расчет и выбор узлов гидросистемы.

При расчете и выборе узлов и приборов гидросистемы следует учитывать ее особенность – гидронапорная станция должна обеспечить одновременно работу гидроцилиндра выпрессовывателя и прижимного гидроцилиндра.

Выбор гидроцилиндров. Для выпрессовывателя выбираю поршневой гидроцилиндр двухстороннего действия ГЦ-75 (ГОСТ 16514-84). Его характеристики:

- Диаметр поршня 75 мм

- Диаметр штока 35 мм

- Ход штока 450 мм

- Номинальное давление 10 Мпа.

Прижимной гидроцилиндр должен обеспечить усилие прижатия соединяемых звеньев по следующему условию:

Сила прижатия звеньев при выпрессовке с точки зрения безопасности проведения работ должна быть равна [ ]

н

Сила трения между звеньями и поверхностью эстакады:

н;

где - коэффициент трения;

- коэффициент безопасности.

Из этого условия расчетный диаметр гидроцилиндра определится как:

мм

Принимаю диаметр прижимного гидроцилиндра мм. Диаметр штока этого размера поршня из типовых конструкций принимаю 80 мм. Для упрощения конструкции гидропривода данный гидроцилиндр целесообразно выполнить одностороннего действия и использовать в нем возвращающую пружину.

Расчетный диаметр гидроцилиндра для перемещения гусеницы определяю как:

мм

Однако, для увеличения жесткости конструкции механизма передвижения, принимаю конструктивный размер мм.

Данный гидроцилиндр с точки зрения простоты конструкции и управления целесообразно выполнить одностороннего действия и с возвращающей пружиной. Конструкция этого гидроцилиндра разработана и представлена на листе 7 графической части.

В гидронапорной станции целесообразно применить шестеренчатый насос типа НШ. Это наиболее распространенный и удобный в монтаже и эксплуатации насос. Его типоразмер выбираю по необходимому расходу жидкости. Для этого определяю расход жидкости при работе каждого гидроцилиндра.

Расход жидкости в ГЦ-1:

= 13 л/мин.

Расход жидкости в ГЦ-2:

= 35 л/мин.

Расход жидкости в ГЦ-3:

= 45 л/мин.

где =0,06 м/сек; =0,1 м/сек; =0,1 м/сек; - скорости движения штоков гидроцилиндров;

- площадь поршня м2 ;

=0,95 – объемный к. п.д. гидропривода.

Как раннее говорилось, особенностью работы гидросистемы стенда является то, что гидроцилиндры ГЦ-1 и ГЦ-2 должны работать одновременно, т. е.насос должен создавать подачу жидкости для обеспечения общего расхода. Общий расход:

л/мин + 35 л/мин = 48 л/мин.

Такую подачу жидкости может обеспечить насос НШ-32. Его характеристики:

Рабочий объем – 32 см3/об.

Рабочее давление – 10 МПа

Потребляемая мощность – 7,3 КВт

Номинальная частота вращения – 1500 об/мин.

Подача насоса при частоте вращения вала выбранного двигателя 1418 об/мин

л/мин.

Т. о. баланс подачи и расхода жидкости в гидросистеме соблюдается

48 л/мин = 47,6 л/мин.

Электродвигатель для привода шестеренчатого насоса выбираю, ориентируясь на требуемую частоту вращения и мощность, потребляемую насосом. Этим условиям наиболее отвечает трехфазный асинхронный электродвигатель АО

N = 7.5 КВт; n = 1480 об/мин

Прочностные расчеты

Расчет прочности штока в месте крепления толкателя. Расчетная схема представлена на рисунке 3.1

Рис. 3.1 Схема нагружения штока ГЦ-3.

Сечение А-А является опасным, проверка прочности штока в этом месте выполняется по условию:

Напряжение изгиба в сечении А-А:

Мпа

Изгибающий момент, действующий в сечении:

Н/мм.

Момент сопротивления изгибу в сечении:

мм3

Вычисляем напряжение изгиба:

Мпа

Допускаемое напряжение изгиба для материала штока (сталь 35)

Мпа

Таким образом, условие прочности сечения выполняется:

149 Мпа= Мпа

Расчет прочности стягивающих болтов гидроцилиндра.

Схема нагружения стягивающих болтов гидроцилиндра ГЦ-3.

Давление в цилиндре изменяется от Рmin=0 до Рmax=3 Мпа (внешняя нагрузка меняется по отнулевому циклу). Рпер=1175 н.

Предварительная затяжка шпилек определяется по формуле:

где - коэффициент запаса против раскрытия стыка;

- нагрузка, приходящаяся на один болт при наибольшем давлении в цилиндре;

- коэффициент основной нагрузки при отнулевом цикле нагружения.

н

Усилие предварительной затяжки:

н

Расчетная нагрузка на стягивающий болт от полной нагрузки с учетом возможности затяжки.

= 9579 н

Прочность стягивающих болтов достаточна, т. к. выполняется условие прочности

Где =9900 н – допустимая осевая нагрузка на болт М14 из материала Сталь45.

Расчет штока гидроцилиндра на прочностную устойчивость

Прижимной гидроцилиндр стенда по условиям конструктивной компановки поднят над поверхностью объекта прижатия – гусеничными звеньями на 550 мм. Таким образом, в рабочей позиции вылет штока гидроцилиндра составляет 550 мм. Это создает предпосылки потери устойчивости штока под нагрузкой и возникновения аварийной ситуации. Для предотвращения этих явлений выполняется расчет на критическую силу, при которой шток теряет устойчивость и прогибается. Расчетная схема представлена на рисунке

Рис.3.4 Расчетная схема штока гидроцилиндра на прочностную устойчивость.

Расчет выполняется по формуле Эйлера, которая определяет критическую силу воздействия:

=524 кН

где Мпа – модуль упругости для стали;

- момент инерции сечения штока;

Максимально допустимое рабочее усилие на штоке гидроцилиндра

кН

где - запас прочности для данного вида механизма [ ].

Т. к. выпрессовка пальца, имеет место неравенство:

кН

считаем, что устойчивость штока вполне достаточна.

Расчет толщины стенки гидроцилиндра

В проектируемом гидроцилиндре для перемещения гусеницы, толщина стенки вычисляется как [ ]

мм

где Мпа – допускаемое напряжение растяжения;

мм = 0,1 м – внутренний диаметр гидроцилиндра;

Мпа – предполагаемое максимальное давление в гидроцилиндре;

- коэффициент Пуассона.

Принимаю толщину стенки гидроцилиндра = 5 мм;

Выводы. Выполненные кинематические, гидравлические и прочностные расчеты подтверждают работоспособность и надежность конструкции стенда.