Конструкторская разработка - Стенд для разборки-сборки балансирных кареток тракторов

Конструкция предлагаемого стенда выбрана с позиций высокой механизации рабочего процесса, универсальности применения к различным типоразмерам двигателей, простоты и удобства эксплуатации, энергоэкономичности, безопасности эксплуатации. Настоящий стенд предназначен для ремонта кареток трактора Т-150, а при замене некоторых деталей из числа технологической оснастки возможен аналогичный ремонт кареток тракторов ДТ-75, ДТ-175, Т-74.

Устройство и работа стенда.

Стенд представляет собой стационарную конструкцию собранную на базе рамы-каркаса и выполненную в виде стола. На верхнюю поверхность каркаса наложен стальной лист толщиной 10 мм, образующий рабочую поверхность (крышку) стола, на которой помещается ремонтируемая каретка. Размеры поверхности стола 1950х460.

Стенд имеет следующие механизмы, механизирующие работу при ремонте каретки:

- механизм подъема-опускания каретки на стол – со стола также обеспечивает перемещение ее по столу;

- механизм для снятия рессорных пружин;

- механизм выпрессовки-запресовки осей балансиров;

- механизм отвинчивания-завинчивания гаек.

Все механизмы имеют гидравлический привод. Для сообщения им гидравлической энергии у стенда имеются гидромоторная маслостадия, которая размещена внутри каркаса-стола.

Механизм подъема установлен на правом конце стола. Представляет собой вращающуюся без ограничений цилиндрическую стойку на вершине, которой шарнирно, в виде коромысла, укреплена стрела. На конце стрелы имеется грузовая цепь с крюком. Поднятие-опускание стрелы и соответственно грузового крюка производится гидравлическим цилиндром, установленным в виде раскоса от стойки к стрем. Грузоподъемность механизма 100 кг. Управляется (подъем-опускание) переключением рукояткой гидрораспределителя. Поворачивается стрела вокруг стойки ручным усилием. Поднятие грузового крюка от пола на 1500 мм.

Исполнительным органом механизма для снятия рессорных пружин является гидроцилиндр, геометрическая ось которого параллельна поверхности стола и поднята над нею на 345 мм. Гидроцилиндр укреплен жестко. К концу его штока прикреплена вилка, предназначенная для передачи усилия сжатия рессорной пружине при ее снятии и установке. Гидроцилиндр развивает усилие 20*103 Н. Управление гидроцилидром осуществляется индивидуальным гидрораспредилителем.

Механизм выпрессовки-запресовки осей балансиров представляет собой спаренные гидроцилиндры, установленные на подвижном кронштейне. Одна пара гидроцилиндров предназначена для выпрессовки цапф балансиров, вторая – для запрессовки. Кронштейны шарнирно прикреплены к каркасу стенда в том месте, где располагается каретка при разборке. В невостребованном состояние гидроцилиндры-выпрессовыватели опрокинуты и находятся ниже плоскости крышки стола, таким образом не мешают сборочно-разборочным работам. Для выполнения выпрессовочных операций крышкой с гидроцилиндрами поднимается в рабочее положение и фиксируется. Штоки гидроцилиндров при этом находятся параллельно крышке стола, напротив выпрессовываемых цапф. Управление выпрессовывоющими гидроцилидрами осуществляется индивидуальными гидрораспределителями, управляющие рукоятки которых выведены на пульт.

Механизм отвинчиваниязавинчивания гаек (гайковерт) выполнен на основе радиально-поршневого гидромотора МР-Ф-80/100, который помещен в корпус, имеющий две рукоятки для его перемещения, подведения к гайке, для удержания при вращении гайки. Гайковерт, для облегчения работы с ним подвешен через кольцевую цепь к стреле. Стрела смонтирована на вращающейся стойке расположенной на левом конце стола. Для придания возможности гайковерту перемещаться в любое место стола на стреле имеется подвижная балка, поперечная стрела, а на балке подвижная каретка, перемещающаяся вдоль нее. К каретке прикреплена цепь гайковерта. Таким образом гайковерт можно перемещать вдоль и поперек стола, помещая его в любое место.

Для разборки-сборки каретки ее необходимо жестко и прочно закреплять. Для этой цели на столе имеется стойка с передвижными отверстиями, расположение и размеры которых соответствуют отверстиям на крепежном кронштейне каретки. С помощью болтов, помещаемых в отверстия кронштейна и стойки каретка надежна закрепляется на столе.

Разборка каретки с использованием механизмов выполняется в следующем порядке. Исходное положение: шток гидроцилиндра для сжатия пружины втянут и соответственно вилка находится в крайнем левом положении.

Установочная стойка свободна.

Гидроподъемником ремонтируемую каретку поднимают на стол, на весу перемещают к стойке и болтами каретку закрепляют на ней. Далее процесс разборки каретки идет в следующем порядке.

1. Вставить фиксирующий палец приспособление в отверстие диаметром 45 мм проушины второго (справа по чертежу) балансира.

2. Снять первую пару колес и ось первого (слева по чертежу ) балансира.

3. Подвести вилку штока гидроцилиндра к каретке и совместить отверстие на вилке с отверстием диаметром 45 мм проушины и отверстие балансира, где находилась ось колес.

4. Вставить пальцы приспособления в совмещение отверстия.

5. Снять фиксирующие детали с цапфы первого балансира.

6. Выпрессовать цапфу первого балансира.

7. Отвести медленно вилку штока вместе с з. афиксирующие пальцами и первой цапфой.

8. Снять пружину.

9. Вынуть фиксирующие пальцы из отверстий проушины с вилкой и балансира первого с вилкой.

10.Снять первый балансир.

11.Снять вторую пару коле и ось второго (справа по чертежу) балансира.

12.Снять фиксирующие детали с цапфы второго балансира.

13.Выпрессовать цапфу второго балансира.

14.Вынуть фиксирующий палец приспособления из проушины второго (2) балансира.

15.Снять второй балансир.

16.Открепить кронштейн каретки от приспособления.

17.Снять кронштейн каретки.

Демонтаж завершен.

Монтаж каретки вести в обратном порядке

Расчеты подтверждающие работоспособность стенда.

Рабочие нагрузки.

Определение рабочих нагрузок, возникающих при работе стенда, является начальным этапом расчета по выполнению работоспособности.

Проектируемый стенд имеет несколько механизмов с различными функциями, в каждой из них будут возникать собственные нагрузки.

Механизм сжатия пружин. Предназначен для преодоления упругости пружин при разборке-сборке каретки. Рабочая нагрузка на исполнительный орган – гидроцилиндр создается силой, развиваемой сжатиями пружинами.

Учитывая, что вилка, воспринимающая силу пружины к штоку гидроцилиндра крепится жестко, усилие действующее на шток гидроцилиндра определим как:

Рпр=Рпр1+Рпр2=15000+5000=15000 Н.

где Рпр1=15000 Н; Рпр2=5000 Н; – сила пружин при максимальном сжатии из справочника таблиц [ ].

Механизм подъемника. Предназначен для подъема кареток от пола на стол стенда.

Qk=650 H – сила веса каретки.

Усилие на шток определяется как

.

Рассмотрим два варианта положения стрелы.

1. При α=1200 (минимальный вылит стрел)

.

2. При α=900 (максимальный вылет стрелы)

На основании сравнительных расчетов, за расчетную нагрузку на гидроцилиндр подъемника принимаю значение .

Механизм выпрессовки осей балансиров. При выполнении выпрессовки, должен преодолевать усилие создаваемой посадкой с натягом, а именно ø45

Усилие выпрессовки определяется как [ ]:

.

Определим усилие запрессовки рассматриваемого сопряжения.

Натяги посадки

максимальный натяг Nmax. ст = 59 мкм.

минимальный натяг Nmin. ст = 3 мкм,

Определяется наибольшее давление на контактирующую поверхность, которая может возникнуть при наибольшем натяге выбранной посадки:

где СD= 17,5 – жесткость отверстия сопряжения;

Cd = 17.4 – жесткость вала сопряжения.

7. Определение усилия, необходимого для запрессовки вала во втулку, принимая коэффициент трения для детали из стали f=0.085.

Pзапр=p·d·l·f·Pmax = 3.14·0,045·0.060·0.085·5·103 = 7,6 кН.

Тогда усилие выпрессовки

Расчет элементов гидросистемы.

При выборе типо-размера насоса гидронапорной станции необходимо знать какую производительность он должен иметь. Для этого нужно определить значение максимального расхода масла в гидросистеме при работе механизмов стенда. Из конструкции стенда следует, что одновременно все механизмы не работают, таким образом необходимо выявить механизм, требующий наибольшего расхода жидкости. К таким прежде всего относятся механизм выпрессовки-запрессовки осей балансиров и гайковерт.

Исполнительный орган механизма выпрессовки представляет собой спаренные гидроцилиндры со следующими характеристиками:

- диаметр гидроцилиндра ;

- скорость движения штока при выпрессовке.

В этом случае расход жидкости определяется как

– рекомендуемая скорость деформации (сжатия) пружины при сборке.

Расход жидкости для гайковерта определяю по характеристике его гидродвигателя МР-Ф 800/100: расход жидкости 45 л/мин.

Для выбора насоса также необходимо знать требуемое давление в гидросистеме, обеспечивающее преодоление рабочих нагрузок.

Максимальная рабочая нагрузка возникает при сжатии пружин Рпр=20000 Н.

Для ее преодоления гидроцилиндром, диаметр поршня которого d=100мм (из конструкции) требуется давление в гидросистеме:

Ориентируясь на расчетные значения из каталога гидрооборудования выбираю шестеренчатый насос НШ-32.

Его характеристики:

- рабочий объем – 32 см3/об.

- рнабочее давление – 10 МПа

- номинальная частота вращения – 1000 об/мин.

Мощность потребляемая насосом:

η=0,87 – к. п.д. гидролинии.

Ориентируясь на расчетное значение мощности по каталогу выбираю электродвигатель для привода насоса А02-31-6, N=3,7 кВт, n=1000 об/мин.

Для гидроцилиндра механизма подъема определяю внутренний диаметр.

Принимаю диаметр гидроцилиндра 50 мм.

Расчеты прочности деталей.

Расчеты прочности вилки.Вилка является особонаруженной деталью и требует проверки прочности. Из конструкции вилки видно, что ее прочностная надежность определяется прочностью сварного шва, соединяющего пластины осью.

Из схемы видно, что швы испытывают деформацию среды. Его условие прочности: τср≤[τ]ср.

Допускаемое напряжение среза шва выполненного электродом Э42А при сварке деталей из стали Ст.3, у которой [σр]=160 мПа;

[τ]ср.=0,65*[σр]=0,65*160=104 мПа.

Допускаемая нагрузка на двухсторонний шов:

[Р]=0,7*k*lш*[τ]ср.=0,7*4*2*130*104=75712 Н

lш=π*d=3,14*50-27=130 мм

Действительная нагрузка на шов:

Так как имеет место соотношение Рокр<[Р], то сварное соединение можно считать достаточно прочным, а вилка будет работоспособна.

Расчет прочности резьбового крепления гидроцилиндра механизма сжатия пружины также обеспечивает надежность и безопасность эксплуатации стенда.

Число болтов крепления 4. Диаметр стержня болта 20 мм.

Учитывая высокую нагруженность соединительного стыка крепежные болты в отверстие помещаю без зазора. В этом случае условие прочности болта определяется уравнением [ ]

Допускаемое напряжение среза

– предел текучести материала болта (в нашем случае

сталь 40Х).

Рбдеф = Рсж / 4 =20000/4 = 5000Н;

Расчетное напряжение среза

Таким образом, условие прочности выполняется

т. е. прочность болтов Ø20, поставленных без зазора достаточна.

Расчет прочности стягивающих шпилек догружающего гидроцилиндра.

 

Давление в цилиндре изменяется от Рmin = 0 до Рmax=10 мПа (внешняя нагрузка меняется по отнулевому циклу) Р=20 кН.

Предварительная затяжка шпилек определяется по формуле:

где Кст=2,5 – коэффициент запаса против раскрытия стыка;

Р1max – нагрузка, приходящаяся на одну шпильку при наибольшем давлении в цилиндре.

– коэффициент основной нагрузки при отнулевом цикле нагружения;

Усилие предварительной затяжки

Расчетная нагрузка на стягивающую шпильку при полной нагрузке с учетом возможности затяжки:

Прочностная жесткость стягивающих шпилек достаточна, т. к. выполняется условие прочности

где [p]=190000н допустимая осевая нагрузка на болт М16 из материала сталь 40Х.

Расчет прочности штока в месте крепления толкателя.

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:

О = 1400000/3326 = 421 Мпа

Допускаемое напряжение изгиба для материала штока (сталь 35)

Мпа

Таким образом, условие прочности сечения штока выполняется.

Расчет штока гидроцилиндра на прочностную устойчивость.

Гидроцилиндр механизма сжатия пружины стенда по условиям конструктивной компановки расположен горизонтально. В рабочей позиции вылет штока гидроцилиндра составляет 350 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.

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 прочностные расчеты деталей стенда и силовые расчеты гидропривода подтверждают работоспособность и достаточную надежность стенда в целом.