Механизмы электротехнологических установок. Учебное пособие

Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Л.П. ГОРЕВА, А.А. МЕЛЕШКО

МЕХАНИЗМЫ

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

УСТАНОВОК

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2017

1

В настоящем пособии рассмотрены методики тягового расчета разнообразных механизмов нагревательных и плавильных печей. При этом сначала выделены основные факторы, которые могут препятствовать перемещению рабочего органа (сила тяжести, трение скольжения, трение качения, деформация гибкого тягового органа), и способы их расчета. Затем при анализе конкретного механизма выделяются те из них, которые действуют в данном механизме, и применяется методика их расчета с учетом конструктивной специфики механизма и установки в целом.

4

При перемещении груза в условиях повышенных температур кроме

выбора соответствующих величин необходимо учитывать эффект приваривания груза к опоре в момент остановок или медленного дви-

жения. В этом случае необходимо ввести коэффициент β1 1,5...3,0;

1 тем выше, чем выше температура и чем свободнее контактные поверхности от окислов. Например, в водородной атмосфере величину 1

Для горизонтальной плоскости

0 и Fp Gμβ1.

Потребляемая мощность при перемещении груза по горизонтальной плоскости при скорости v

Pp Fpv Gμβ1v .

1.2. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ГРУЗА НА КАТКАХ

Если цилиндрический каток покоится на плоской горизонтальной опоре (рис. 1.2, а), то сила реакции опоры Rк направлена вверх по вер-

тикали, проходящей через точку касания катка и опоры и через ось катка. При качении катка по опоре точка пересечения оси катка и опоры становится мгновенным центром вращения, а линия действия силы

Rк смещается по ходу катка на некоторое расстояние f, создавая тормозящий момент Mк Rк f . Величина f называется коэффициентом

трения качения.

Рассмотрим типичные случаи перемещения груза на катках.

1. Перекатывание груза весом G на n роликах весом g каждый с неподвижными осями, закрепленными на концах в опорах (цапфах) с подшипниками. По такому принципу устроены неприводные рольганги – роликовые столы для облегчения перемещения грузов (рис. 1.2, б).

В точке касания каждого ролика и плоскости груза реакция опоры груза на ролик равна G/n, а реакция R в опорах оси ролика – G/n + g.

6

Момент сопротивления перемещению груза складывается из момента трения качения груза по роликам и момента сил трения в подшипниках осей роликов (в цапфах) и равен для всех роликов

где – коэффициент трения в цапфах; dц – диаметр осей катков

(цапф).

Если груз опирается на n роликов, их общий момент сопротивления перемещению груза составляет

Этот момент уравновешен толкающим моментом, создаваемым усилием Fр относительно осей вращения роликов. Это усилие прикладыва-

ют в плоскости касания груза, значит, его плечо относительно осей роликов равно радиусу роликов D/2. Тогда общий движущий момент

Mр FрD /2.

Из равенства Mр Mк получаем

Рис. 1.2. Перемещение грузов на катках

2. Перемещение груза G на раме (тележке) весом Gт , опирающейся на n катков весом по g каждый (рис. 1.2, в).

7

Сопротивление перемещению тележки возникает за счет трения качения катков по горизонтальной опоре и трения в цапфах катков.

Суммарный момент трения в цапфах Mц Fцμ d2ц , где Fц – радиаль-

ное усилие в цапфе, равное модулю векторной суммы веса рамы и груза (G Gт) и толкающего усилия Fp :

значение Fp . Решение это обязательно, если Fp ожидается сравнимым

с Rк , т. е. если тележка вся находится в зоне повышенной температуры. Если же катки и цапфа работают при нормальной температуре, то Fр (G Gт), под радикалом можно допустить Fp 0, тогда

Fp D2 Mк (G Gт)μ d2ц ,

откуда

p D

Если катки имеют реборды, то потери на трение о рельсы учитываются умножением Fp на коэффициент р . В этом случае предыду-

щая формула после преобразования будет иметь вид

при нормальной температуре, даны в табл. 1.1 [3].

8

Таблица 1.1

Значения коэффициентов f, , р при нормальной температуре

В механизмах электротермических установок применяются различные по форме и исполнению рельсовые пути, опорные колеса, катки, поддерживающие ролики, но все их можно свести к двум типам сочетания формы обода колеса (катка) и головки опорного рельса:

а) с первоначальным линейным контактом (рис. 1.3); б) с первоначальным точечным контактом (рис. 1.4).

Расчет обода ходового колеса (катка) проводится на контактное поверхностное смятие по формуле Герца. При линейном контакте, когда рабочее колесо вращается на жестко закрепленной оси и не может самоустанавливаться для обеспечения прилегания обода к рельсу по

9

всей линии касания, напряжение местного смятия σсм определяется по формуле

где Gк – расчетная нагрузка на колесо, определяемая по условиям работы конкретного механизма (с учетом всех коэффициентов); b – ширина рабочей поверхности обода колеса; Rк – радиус колеса; Eпp –

приведенный модуль упругости (модуль Юнга), определяемый по формуле

Eпр 2Е1Е2 , Па.

Е1 Е2

При одинаковом материале катка и рельса Eпр E . Тогда для стальных колеса и рельса при Eпр E 2,1 1011Н/м2 :

При линейном контакте, когда колесо вращается на самоустанавливающейся оси и обеспечивает прилегание обода катка к рельсу по

всей линии касания, напряжение местного смятия σсм определяется по

G E2

σсм m3 к2 пр , (1.8)

Rmin

10