3. Расчетная часть

3.1. Расчет мощности при резании трубы со стенкой 13 мм

Исходные данные для расчета:

диаметр диска пилы D=1200 мм;

толщина диска пилы δ=7 мм;

механические свойства материала – предел прочности трубы из материала

сталь 45 при температуре t=900 ˚С, σв=52 МПа (с.61,[2]);

с корость подачи u= .

Кинематическая схема привода дисковой пилы для отрезания концов труб: 1- двигатель; 2- муфта зубчатая; 3- суппорт пилы с радиально роликовыми подшипниками ; 4 - диск пильный;

Определение длины дуги контакта диска с разрезаемой трубой выполнено графическим методом (см. рис.3.1.).

Перемещение диска пилы при отрезании трубы Ø90×13 разделено на десять равных частей, проектируя дуги контакта на вертикаль, графически определяются значения произведений . Для каждого участка определяют средние значения . Найденные значения подставляются в формулу расчета мощности электродвигателя.

(с.17, [3])

где a – удельная работа резания – работа, необходимая для удаления из прорези металла,

(с.449, [1])

b – ширина прорези, b= δ+3=7+3=10 мм;

η – КПД, учитывающий потери от трения в подшипниках, от трения режущего диска о воздух, η=0,95 (с.17, [3]).

Подставляем перечисленные значения в формулу мощности для каждого расчетного интервала

По результатам расчета строится нагрузочная диаграмма

для всего цикла резки пилы, включая время холостого хода между поступлением трубы.

Длительность резания

.

3.2. Расчет эквивалентной мощности на валу электродвигателя

Диаграмма мощности на валу электродвигателя, представлена на рис.3.2. Расчет мощности электродвигателя выполним по величине эквивалентного крутящего момента.

Эквивалентная мощность на валу электродвигателя

(с.20, [3])

где - мощность в каждом расчетном интервале;

- длительность расчетного интервала,

.

Т – длительность полного цикла – время между подачей

трубы на пилу, Т=6 сек.

37059 Вт

Привод пилы обрезки заднего осуществляется от асинхронного электродвигателя 4А250М4:

мощностьN=90 кВт;

частота вращения вала n=1475 .

Следовательно, для обрезки заднего разлохмаченного конца трубы Ø90 со стенкой 13 мм увеличения мощности приводного электродвигателя пилы не потребуется.

3.3. Расчет усилий, действующих на диск пилы

Для расчета на прочность вала пильного диска и долговечности подшипников вала, необходимо найти нагрузки, возникающие при резании. Расчет прочности узлов пилы произведем при максимальных усилий резания – усилий, действующих в девятом интервале.

При резании диск пилы воспринимает окружное P и радиальное R усилия (см. рис.3.3.).

Окружное усилие резания

(с.17, [3])

где V – скорость резания, V=95 =95000 .

Усилия, действующие на диск пилы

Рис. 3.3.

Радиальное усилие резания

(с.34, [3])

Учитывая возможность работы пилы с затупленными зубьями, принимаем

Суммарное радиальное усилие, действующее на диск пилы

=

3.4. Расчет на прочность вала пильного диска

Расчет вала на прочность выполним при действии максимальных нагрузок при резании.

Реакции опор приводного вала – из расчетной схемы на рис. 3.4.

нагрузка на переднюю опору

нагрузка на заднюю опору

Построение эпюры моментов

изгибающий момент, действующий под передней опорой

крутящий момент, передаваемый со стороны привода

, Нм

где ω – угловая скорость пильного диска

Расчет вала на прочность выполним для сечения под передней опорой – в котором действуют максимальный изгибающий и крутящий моменты. Напряженное состояние вала – изгиб с кручением.

Суммарные напряжения

, МПа

где - напряжения изгиба

, МПа

где Ми – изгибающий момент,

Расчетная схема вала пильного диска

Рис.3.4.

Wи – момент сопротивления сечения изгибу,

где d- диаметр вала под передней опорой, d=120 мм.

- напряжения кручения

, МПа

где Мкр –крутящий момент, ;

Wр – момент сопротивления сечения кручению,

Условие прочности вала

где - допускаемые напряжения

где - предел прочности материала вала, для вала из стали 45,

=610 МПа (табл. 14, с.62, [4]);

nв – коэффициент запаса прочности по пределу прочности,

nв=5.

Оценка прочности рабочего валка

Условие прочности выполнено.

3.5. Расчеты унифицированных деталей

3.5.1. Расчет долговечности подшипников вала пильного диска

Расчет долговечности выполним для переднего подшипника, нагруженного максимальным радиальным усилием R1=9062,5 Н.

Характеристика роликового сферического подшипника

№ 3524 ГОСТ 5721-75:

посадочный диаметр на вал d=120 мм

посадочный диаметр в отверстие D=215 мм

статическая грузоподъемность С0=275 000 Н

динамическая грузоподъемность С=212 000 Н (табл. 132, с.222, [5]).

Долговечность подшипника в миллионах оборотов

млн.оборотов

где Р – эквивалентная нагрузка на подшипник, при отсутствии осевой

нагрузки

(с.119, [5]);

где V – коэффициент вращения кольца,

при вращении внутреннего кольца V=1,0 (с.127, [5]);

Кδ – динамический коэффициент, учитывая наличие значительных

ударов и толчков при встрече пильного диска с металлом,

Кδ=1,8 (табл. 69, с.127, [5]);

Кт – температурный коэффициент, учитывая возможность нагрева

подшипникового узла от горячего металла, Кт=1,1

(табл. 70, с.128, [5]).

р –показатель степени, для роликовых подшипников р=10/3.

млн.оборотов

Расчетная долговечность в часах

часы

где n - частота вращения вала пильного диска, .

Условие работоспособности подшипника

где - минимальная расчетная долговечность,

для подшипниковых узлов оборудования с непрерывной

эксплуатацией, часов (табл.71,с.129,[5]).

Условие работоспособности выполнено.

3.5.2. Выбор зубчатой муфты

Муфты выбираются по величине расчетного момента

(с.15,[6])

где - коэффициент, учитывающий степень ответственности

соединения; при разрушении муфты, установленной в приводе

пилы произойдет аварийная ситуация, связанная с

остановкой всего участка горячего проката ТПА-80; =1,5 (с.18,[6]);

- коэффициент, учитывающий характер передаваемой

нагрузки, при наличии ударов, =1,3 (с.18,[6]);

М - передаваемый крутящий момент, М=920,2 Нм.

Принимаем к установке зубчатую муфту МЗ№7, основные характеристики которой (табл.2.1, с.16,[6]):

номинальный крутящий момент муфты ;

предельно допустимая частота вращения валов .