Расчет привода кантавателя

3.8.1 Расчет привода кантавателя.

Деталь своей базовой поверхностью устанавливается в планшайбе с помощью кулачков.

Рассчитаем необходимый приводной момент вращения заготовки во время сварки, для этого определяем, что:

Рисунок 6. Расчетная схема.

Известно:

l₁= 1700 мм l₂= 300 мм d_B=460 мм d_D=460 мм

a₁=900 мм h₂= 1610 мм d_A=460 мм l=0,005 м

h₁= 1500 мм a₂=200 мм d_C=460 мм Q=8кН

Наибольший крутящий момент М_кр воспринимаемый приводом кантователя, равен сумме двух моментов грузового М=G·l и сил трения M_тр в подшипниках определяется вырожением:

M_тр=0,5(A_dA·f_A+B_dB·f_B+C_dC·fC+D_dD·fD),

где А,В,С,D – усилия в подшипниках;

dA, dB, dC, dD – соответствующие диаметры шпинделей.

Усилия действующие на хвостовики шпинделей, определяются как реакции опор балки весом G, свободно опертой своими концами в шарнирах передней и задней бабок,

;

;

В соответствии с этим вертикальные усилия в подшипниках передней бабки будут:

;

;

;

.

То же в подшипниках задней бабки:

 

В подшипниках передней бабки, кроме того возникают радиальные усилия под действием окружной силы Q на зубчатом колесе:

 

;

Так, как при данном расположении ведущей шестерни усилия А₃ и В₃ будут направлены горизонтально, т.е. перпендикулярно вертикальным нагрузкам А_В и В_В, то суммарныерадиальные усилия в подшипниках передней бабки будут равны геометрической сумме двух взаимно перпендикулярных составляющих:

;;

Аксиальное усилие в подшипниках равно силе зажатия задней бабки и зависит от типа изделия, его размеров и способа крепления. В данном случае это крепление равно нулю.

Таким образом определив усилия в подшипниках А₁ и приняв коэффициент трения металлических частей f = 0,1, мы можем определить момент сил трения в подшипниках

M_тр=0,5(A_dA·f_A+B_dB·f_B+C_dC·fC+D_dD·fD),

M_тр=0,5·0,1·10⁴(46,01·0,7+15,9·0,46+46,7·0,3+18,7·0,4)=0,5·0,1·10⁴·60,99=

=30500(Н·м),

M_тр=30,5(к Н·м)

Для определения крутящего момента, необходимо определить грузовой момент, который равен:

М=G·l_i

М=58·10⁴·0,005=0,29·10⁴ (Н·м),

Следовательно, крутящий момент равен:

М_кр=М+М_тр;

М_кр=0,29·10⁴+3,05·10⁴=3,34·10⁴(Н·м),;

M_кр=33,4 (к Н·м)

Мощность привода определяется как, в зависимости от величины крутящего момента М_кр и требуемой частоты вращения шпинделя и (об/мин).

Зная что M_кр=33,4 (к Н·м), n = 0,2 об/мин;

η=0,57

3.8.2 Расчет требуемого диаметра гидроцилиндра

Исходя из того, что усилия закрепления детали составляет 40% от веса детали, определим что:

Р = 230кН.

Расчет силовых цилиндров производится по формулам, основанным на известной зависимости усилия на штоке от диаметра цилиндра D и давления в цилиндре q.

,

Р = 230 кН, требуемое усилие,

q = 4 МПа (давление в гидросети )

η – коэффициент полезного действия оценивает потери на трение в манжетах и уплотнениях, а также направляющих штока. Приблизительно η=0,85.

Из формулы определим диаметр цилиндра:

;

 (м).

Принимаем из стандартного ряда D_цил=250 мм.

Определить удельную величину потери усилия в манжете:

 где

где

h – высота манжеты = 17 мм;

f – коэффициент трения манжеты о стенки цилиндра, f=0,25-0,35.

P₀ – усилие на поршне; P₀=230 кН;

.

Cледовательно потеря усилия в одной манжете составит 9,3%.

3.8.3 Описание строения портала

Портал представляет собой металлоконструкцию, имеющую привод перемещения и две площадки – рабочую и верхнюю вспомогательную.

На рабочей площадке расположены пульты управления самим порталом, стендом и сварочными аппаратами. На верхней площадке шкафы управления и источники питания, тележки со сварочными аппаратами.

Тележки имеют привод перемещения по направляющим вдоль портала. А также на данных тележка расположен механизм подъема и опускания сварочных головок, который необходим для того, что бы обеспечить возможность достать сварочным мундштуком “дна” разделки, чего не может обеспечить механизм сварочной головки в нужных приделах.

Описание технологического процесса изготовления изделия.

1.        Выполнить обдирочное точение наружных поверхностей на токарно-карусельном станке 1А532ЛМФ3.

2.        ОТК контролировать соответствие размеров заготовок.

3.        Краном установить заготовку на планшайбу вертикально-расточного станка 277В.

4.        Произвести растачивание внутреннего отверстия заготовки до заданного размера.

5.        ОТК контролировать соответствие размеров заготовок.

6.        Краном установить заготовку на радиально-сверлильный станок 2М58-11.

7.        Произвести сверление отверстия.

8.        ОТК контролировать соответствие размеров заготовок.

9.        Краном установить заготовку в токарно-винторезный станок 1А670.

10.      Произвести нарезание резьбы.

11.      ОТК контролировать соответствие размеров заготовок, при наличии положительного заключения УЗК, чистоту свариваемых поверхностей.

12.      Подготовить заготовки к сварке, обеспечить свариваемые и посадочные поверхности от ржавчины, обезжирить уайт-спиртом.

13.      Установить краном заготовку на ролики люнетов. Центр тяжести детали должен находится между люнетами.

14.      Выставить заготовку на оптическую ось стенда, регулирую и положение перемещением роликов люнетов.

15.      Снять визитную марку из отверстия заготовки, расположенного около планшайбы.

16.      Включить гидропривод стенда, перемещением нижней тяги переместить люнеты с заготовкой до упора торца заготовки в планшайбу.

17.      При помощи кулачков планшайбы закрепить заготовку в планшайбе.

18.      Установить краном на люнеты вторую заготовку.

19.      При помощи гидропривода переместить люнеты с заготовкой к первой заготовке и установить между ними расстояние 200 мм.

20.      Сцентрировать заготовку 2 относительно первой. Разность показаний индикатора не должна быть более 0,5мм.

21.      Установить газовые горелки и нагреть посадочные отверстия заготовки до 200°С.

22.      Установить краном третью заготовку на люнеты.

23.      При помощи гидропривода переместить люнеты с заготовкой ко второй заготовке и установить расстояние между ними 200 мм.

24.      Нагреть посадочные отверстия заготовки до 200°С.

25.      Отцентрировать подшипник упорный относительно торца заготовки при помощи винтовых домкратов.

26.      Установить в гидростанции рабочее давление гидроцилиндра, равное 4Па.

27.      Включить перемещение штока гидроцилиндра и сжать заготовки при помощи всех трех тяг, обеспечить горячую посадку до упоров.

28.      После остывания заготовок проверить ширину сформировавшейся разделки в диаметрально противоположных точках.

29.      Вывести из соприкасновения с деталью ролики люнетов.

30.      Проверить индикаторами радиальное биение.

31.      Изделие покрыть асбестовым полотном по обе стороны разделки в три слоя.

32.      Подготовить к работе и проверить две сварочные головки.

33.      Заправить сварочную проволоку.

34.      Установить сварочный мундштук.

35.      Установить режим сварки.

36.      Провести автоматическую многослойную сварку под флюсом с программным управлением корневой части разделки на высоту 20 мм.

37.      Проложить сварочный шов по середине разделки. Управление раскладкой валиков производить в ручном режиме. Второй шов проложить под левой стороной разделки и перевести управление раскладкой на программу по 2 валика в слои.

38.      Подключить установку для зачистки и в течении всего процесса сварки производить зачистку сварочных швов от шлаковой корки. Температура изделия 400 °С. Шлаковые включения не допускаются.

39.      Сварку вести круглосуточно с перерывом на подогрев через каждые два часа. Подогрев заготовок производить в течении двух часов.

40.      После окончания сварки снять индукторы краном, опустить кулачки планшайбы, снять изделие со стенда и отправить на термообработку.

41.      После термообработки и шлакообработке произвести УЗК сварного соединения.

3.10 Мероприятия по уменьшению сборочно-сварочных напряжений и деформаций

Так как сталь 20ХН3МФА склонна к самозакаливанию, то необходимо установить скорость охлаждению. Это достигается предварительным и сопутствующим подогревом изделия.

Подогрев, помимо снижения остаточных напряжений, заметно влияет на структуру металла в зоне сварки. Уменьшая скорость охлаждения, удается регулировать структурные превращения. Не следует делать низкотемпературный подогрев для снижения остаточных напряжений, так как уменьшение их составляет не более 30-40%. Подогрев понижает предел текучести металла в момент сварки, что и влияет на формирование и величину остаточных напряжений.

Для того, что бы назначить температуру предварительного и сопутствующего подогрева необходимо рассчитать эквивалент углерода:

С_э=%С+Mn/6+Cr/5+V/5+Mo/4+Ni/15+Cu/13+P/2;

Если С_э<0,45, то подогрева не требуется. Если выше, то подогрев необходим. С учетом толщины металла:

С_1э=0,005·С_э.

С_2э=С_э+С_1э;

Сделаем расчет Т_под, исходя из вышесказанного:

С_э=0,2+1.4/5+0.15/5+0,6/4+3/15+0,025/2=0,87;

С_э>0,45, подогрев необходим.

С_1э=0,005·300·0,87=1,3;

С_2э=С_э+С_1э=0,87+1,3=2,1.

Исходя из опытных данных в лаборатории сварки ОАО НКМЗ, температура предварительного и сопутствующего подогрева составляет 400-450 °С.

Подогрев цилиндра перед сваркой и поддержание температуры в процессе сварки производится индукционным методом при частоте 50 Гц. Индуктор ТПЧ.

Наиболее эффективным методом уменьшения остаточных напряжений является общий высокий отпуск. Он является практически единственным методом когда одновременно с уменьшением напряжений первого рода происходит восстановление пластичности металла и снижение напряжений более высоких родов по всему объему металла сварной конструкции независимо от и сложности и конфигурации. Можно снизить напряжения до 85-90% от исходных значений.

Он состоит из четырех стадий: нагрева, выравнивания температур по длине и сечению деталей, выдержки и охлаждения.

Экспериментальные данные показывают, что при температуре отпуска 650-680 °С пластичность стали полностью восстанавливается через 2-3 часа.

После сварки цилиндра гидропресса, он подвергается высокому отпуску в нем при температуре 650±20 °С, для снятия остаточных напряжений.

Перед посадкой в печь на отпуск не допускается ее охлаждение ниже 300 °С.

Сварка кольцевых швов сопровождается возникновением упругопластических деформаций в зоне сварного шва, что неблагоприятно влияет на протекание сварочного процесса. По этому для поджатия изделий в кантователе нельзя применять обычные жесткий вращающиеся центра. Поджимные вращающиеся центра должны иметь упругое исполнение с регулируемым усилием поджима. Конструкция этих центров не препятствует свободной деформации изделий при их нагреве и охлаждении, обеспечивая надежное их закрепления, и снижает остаточные упругопластические деформации в зоне нагрева.

Эффективным способом предотвращения перемещений при сварке кольцевых швов является, режим кромок к подкладному кольцу роликом, перекатывающимся по поверхности стыка перед сварной дугой.