Расчет и выбор основных параметров телескопического пневмоцилиндра
Для перемещения буровых труб принимаем трехступенчатый пневматический телескопический цилиндр.
Расчет начинаем с шток-поршня наименьшего диаметра.
Нагрузка, действующая на шток пневмоцилиндра при перемещении составляет F = 2000 Н.
Расчетный диаметр поршня транспортирующего горизонтально расположенного цилиндра определяем по формуле
, (2.6)
где - безразмерный параметр нагрузки. Для транспортирующих пневмоцилиндров его оптимальное значение находится в пределах = 0,4 0,75. Для расчета принимаем c = 0,75.
р – минимальное давление воздуха в пневмомагистрали. Многолетний опыт проектирования пневмоцилиндров показывает, что давление сжатого воздуха находится в пределах р = 0,4 1,0 МПа. Для расчета принимаем р = 0,7 МПа.
kтр – коэффициент, учитывающий потери на трение в цилиндре. При нагрузке на штоке пневмоцилиндра в пределах 600 ¸ 6000 Н коэффициент находится в пределах kтр = 0,2 ¸ 0,12. Для расчета принимаем kтр = 0,16.
Определим расчетный диаметр поршня
м
Расчетный диаметр штока определяем по формуле:
м
Полученные расчетные значения диаметров поршня и штока первой ступени телескопического пневмоцилиндра округляем до стандартных значений по ГОСТ 12447-80. Принимаем
диаметр поршня D1 = 0,08 м;
диаметр штока dшт1 = 0,05 м.
Диаметр штока принимаем значительно больше расчетного, так как в нем будут находиться каналы для подвода сжатого воздуха.
Для уплотнения штока выбираем резиновые уплотнительный кольца круглого сечения по ГОСТ 9833-73 – кольцо 050-058-46-2-4. Для очистки поверхности штока от пыли устанавливает грязесъемник резиновый – 3 – 50 ГОСТ 24811-81.
Специфика работы телескопического пневмоцилиндра заключается в том, что его поршень в процессе движения пересекает отверстие в гильзе. Резиновые уплотнения в таких условиях быстро выйдут из строя. Поэтому для уплотнения поршневой камеры выбираем поршневые кольца по ОСТ2 А54-1-72. Поршневые кольца изготавливают из серого чугуна СЧ20 по ГОСТ 1412-85 и применяют для герметизации поршней цилиндров, работающих со скоростью до 7,5 м/с и давлении до 75 МПа. Для уплотнения поршня первой ступени выбираем два поршневых кольца по ОСТ2 А54-1-72 с параметрами:
наружный диаметр D = 80 мм;
толщина t = 3 мм;
замок-прорезь в свободном состоянии 1 = 11 мм;
замок-прорезь после установки кольца = 0,1 мм.
Рассчитаем диаметр поршня второй ступени. На него действует такая же сила, как при перемещении первой ступени.
Определим площадь поршня первой ступени
м2 (2.7)
Поршень второй ступени должен иметь такую же площадь, однако его рабочая поверхность представляет собой кольцо, внутренний диаметр кольца составляет отверстие в шток-поршне второй ступени 2 (рис. 1), а наружный - диаметр поршня второй ступени.
Принимаем высоту буртика на внутренней поверхности шток-поршня второй ступени – 0,005 м (5 мм), тогда расчетный диаметр поршня второй ступени составит:
; (2.8)
м
Полученные расчетные значения диаметров поршня округляем до стандартных значений по ГОСТ 12447-80 D2 = 0,125 м.
Диаметр штока второй ступени принимаем по конструктивным соображениям. Внутри штока второй ступени перемещается поршень первой ступени. Для обеспечения жесткости и прочности штока второй ступени принимаем его толщину 2ст = 0,01 м.
Расчетное значение диаметра штока составит
м (2.9)
Полученное
значение диаметра штока второй ступени
является стандартным по ГОСТ 12447-80.
Следовательно,
м.
Для уплотнения штока второй ступени выбираем резиновые уплотнительный кольца круглого сечения по ГОСТ 9833-73 – кольцо 100-108-46-2-4. Для очистки поверхности штока от пыли устанавливает грязесъемник резиновый – 3 – 100 ГОСТ 24811-81.
Для уплотнения поршня второй ступени выбираем два поршневых кольца по ОСТ2 А54-1-72 с параметрами:
наружный диаметр D = 125 мм;
толщина t = 4,5 мм;
замок-прорезь в свободном состоянии d1 = 15,8 мм;
замок-прорезь после установки кольца d = 0,13 мм.
Рассчитаем диаметр поршня третьей ступени. На него действует такая же сила, как при перемещении первой и второй ступени.
Принимаем высоту буртика на внутренней поверхности шток-поршня третьей ступени – 0,005 м (5 мм), тогда расчетный диаметр поршня третьей ступени составит:
м
Полученные расчетные значения диаметров поршня округляем до стандартных значений по ГОСТ 12447-80 D3 = 0,16 м.
Диаметр штока третьей ступени принимаем по конструктивным соображениям. Внутри штока третьей ступени перемещается поршень второй ступени. Для обеспечения жесткости и прочности штока третьей ступени принимаем его толщину 3ст = 0,01 м.
Расчетное значение диаметра штока составит
м
Полученное
значение диаметра штока третьей ступени
не является стандартным по ГОСТ 12447-80.
Однако, уплотнительные кольца круглого
сечения по ГОСТ 9833-73 изготавливаются с
таким размером. Поэтому принимаем
м.
Для уплотнения штока третьей ступени выбираем резиновые уплотнительный кольца круглого сечения по ГОСТ 9833-73 – кольцо 145-155-46-2-4. Для очистки поверхности штока от пыли устанавливаем дополнительное резиновое уплотнительное кольцо.
Для уплотнения поршня третьей ступени выбираем два поршневых кольца по ОСТ2 А54-1-72 с параметрами:
наружный диаметр D = 160 мм;
толщина t = 5 мм;
замок-прорезь в свободном состоянии d1 = 25,7 мм;
замок-прорезь после установки кольца d = 0,13 мм.
Определим наружный диаметр гильзы цилиндра.
Для обеспечения жесткости и прочности гильзы цилиндра принимаем ее толщину г = 0,01 м.
Наружный диаметр гильзы цилиндра составит
м
Рассчитаем рабочее давление в поршневых и штоковых полостях телескопического пневмоцилиндра при рабочем ходе и реверсе. Для повышения жесткости конструкции применяем две направляющие, по которым перемещаются ползуны с бронзовой вставкой внутри. Для уменьшения сил трения применяем смазку ползуна.
Сила трения в ползуне определяется формулой
,
= 0,07 0,1 – коэффициент трения соединения сталь-бронза со смазкой. Для расчета принимаем = 0,08;
G – вес подвижных частей.
Для определения веса подвижных частей рассчитаем массу пневмоцилиндра.
Телескопический пневмоцилиндр звена показан на рис. 2.5
Рис. 2.5.Телескопический пневмоцилиндр звена
Вес определяется по формуле
, (2.10)
где g = 9,8 м2/с – ускорение свободного падения;
М – масса тела;
V – объем тела;
r = 7800 кг/м3 – плотность стали.
Определим вес каждой ступени телескопического цилиндра.
Первая ступень.
Вторая ступень.
Н
Третья ступень.
Н
Гильза пневмоцилиндра.
Н
Вес пневмоцилиндра податчика составит
Н.