Механизмы электротехнологических установок. Учебное пособие

воздуха перекрыт песочным затвором. Детали укладываются на под через загрузочное окно в боковой стенке камеры, совершают внутри печи полный оборот и извлекаются через разгрузочное окно, расположенное рядом с загрузочным.

Карусельная печь компактнее туннельной, легче вписывается в поточные, особенно роторные линии. Механизмы печи работают в нормальных условиях (вынесены из зоны высоких температур). Печь удобна при компоновке оборудования цеха или участка. Однако в этой конструкции печи затруднена механизация загрузки и выгрузки.

Для небольших печей со средним диаметром подового кольца до 1 м применяют подовую тарелку с центральным опорным валом (рис. 2.3). Вал 1, опирающийся на подпятник 2 и поддерживаемый подшипником 3, несет футерованное кольцо или тарелку 4 под неподвижной камерой 5. Вал вращается с помощью зубчатой или цевочной пары 6.

5

7

4

1

3

6

2

Рис. 2.3. Карусельная печь с центральным опорным валом

21

Рабочий момент Мр вращения вала с тарелкой и деталями общим

весом G расходуется на преодоление моментов трения в опорах вала и песочном затворе 7.

Из-за неравномерной (неполной по окружности) загрузки пода деталями, неточностей изготовления и сборки линия действия силы тяжести G отстоит от оси вала на расстояние х, определяемое по формуле (центр тяжести полукольца)

где r1 и r2 – внешний и внутренний радиусы кольца. При этом пред-

полагается, что вся масса поворотной системы распределена на половине площади подового кольца. Такое заведомое преувеличение нецентричности обеспечивает запас момента, нужный для учета потерь в песочном затворе и прочих нерасчетных потерь. Вследствие нецентричности расположения загрузки появляется момент Gx , изгибающий вал, и гасящие этот момент силы реакции в опорах

R Gxl ,

где l – расстояние между средними сечениями подшипников вала. Трение в подпятнике диаметром d1 создает момент

M Gμ1 d31 ,

в нижнем подшипнике – момент

M Rμ2 d21 Gxd2l 1 μ2 ,

в верхнем подшипнике диаметром d – момент

M Rμ2 d2 Gxd2l μ2 .

22

Сумма этих моментов дает искомый рабочий момент

где 1 и 2 – коэффициенты трения в подпятнике и подшипниках. Диаметр пяты находят из условия невыдавливания смазки силой G:

где [p] – допустимое для смазок давление невыдавливания: p

6...8 МПа.

Укрупных печей (рис. 2.4) подовое кольцо 1 снизу оснащают кольцевым рельсом 2 с плоской или сферической головкой. Рельс опирается на ряд опорных цилиндрических роликов в неподвижных тумбах 3 и центрируется боковыми прижимными роликами 4.

1

2

6

5

3

4

Рис. 2.4. Карусельная печь с опорой на ролики

На боковой поверхности кольца укрепляется ряд дугообразных зубчатых или цевочных реек, образующих замкнутый венец 6, входящий в зацепление с ведущими шестернями или звездочкой 5. Здесь энергия тратится в основном на преодоление трения качения подового рельса по опорным роликам и трения в цапфах этих роликов.

23

Момент сопротивления вращению для карусельных печей крупных и средних габаритов можно записать в общей форме:

ролика; d – диаметр цапфы опорного ролика; g – вес ролика; n – количество роликов; Dрел – диаметр опорного рельса; Dрол – диаметр ро-

лика; β – коэффициент, учитывающий потери в центральной цапфе, песочном затворе, неточности изготовления опорного рельса. При вращении опорных роликов в подшипниках скольжения принимают β = 1,4…1,6, при вращении в подшипниках качения β = 2,0…2,5;

– коэффициент, учитывающий потери в ребордах, = 1 при отсутствии реборд, =1,5 – при катках с ребордами на подшипниках скольжения, = 2,5 – при катках с ребордами на подшипниках каче-

ния [2].

Если r1 и r2 – радиусы зацепления венца и шестерни (звездочки), а

– КПД этого зацепления, то момент на ведущей шестерне

Мв.ш Мр rr12η .

2.3. ПЕЧНЫЕ РОЛЬГАНГИ

Рольганг – конвейер, состоящий из ряда параллельных цилиндрических роликов, на которые опирается катящийся по ним груз. Если усилие перемещения приложено к грузу, а ролики свободно вращаются в опорах своих хвостовиков, то рольганг называется неприводным. Такими рольгангами часто оборудуют загрузочные и разгрузочные столы толкательных печей. Если же ролики вращаются с помощью привода, а усилие перемещения передается грузу за счет трения скольжения груза о ролики, то рольганг называют приводным. Такими рольгангами пользуются как транспортными механизмами методических печей, а сами печи называются рольганговыми.

24

Основными размерами рольганга является шаг ролика t, диаметр D и длина l рабочей части (бочки) ролика и диаметр цапф (хвостовиков)

dц . Хвостовики обычно вращаются на подшипниках скольжения.

Усилие для перемещения груза весом Gг по горизонтальному не-

приводному рольгангу преодолевает сопротивления трения качения опорной поверхности груза по роликам и трения скольжения в цапфах роликов. В этом случае будут справедливы все рассуждения, касающиеся перемещения тележки с грузом на катках, с коррекцией по действующим усилиям:

где f и µ – коэффициенты трения качения груза по роликам и вращения в их цапфах; n и gp – количество и вес роликов, на которые опирается

груз.

У приводных рольгангов (рис. 2.5) необходимо найти момент привода, вращающий ролики при перемещении груза.

Рис. 2.5. Схема приводного рольганга

25

При равномерном движении груза по горизонтальному рольгангу этот момент преодолевает те же сопротивления, что и в случае неприводного

рольганга; для роликов он равен Mp , а для приводного двигателя

где iобщ – передаточное число и ηобщ – КПД передачи от двигателя

до ведущего ролика.

В ходе работы рольганга нередки случаи задержки в движении груза, в это время ролики продолжают вращаться. В данном случае привод должен развить момент, преодолевающий момент трения скольжения роликов об опорную поверхность груза с коэффициентом тре-

ния 1, и момент трения в цапфах роликов:

Мc Gг ngp μ d2 Gгμ1 D2 ,

где Gг – вес груза при пробуксовке; μ1 – для холодного груза μ1 0,15, для горячего μ1 0,3.

Мc.дв iобщМηсобщ .

Скорость перемещения у печных рольгангов обычно невелика, и для них расчет момента привода на этом заканчивается; двигатель выбирается по условию

Мдв max Мc.дв .

Иногда, например при скоростном нагреве труб, загрузка движется со значительной скоростью. В этом случае необходимо найти максимально оправдываемый момент привода.

При подаче груза на такой рольганг груз имеет значительное ускорение, и привод должен преодолеть силу инерции груза

Fy Ggг a ,

где а – ускорение груза; g – ускорение свободного падения.

26

Сила, необходимая для преодоления инерции груза, не может быть больше, чем сила трения груза о ролики:

Fmax μGг .

Из равенства Fу Fmax следует, что максимально возможное ускорение груза

amax μg .

Следовательно, момент на роликах нет смысла делать больше, чем M FmaxD / 2, иначе груз вначале будет идти с пробуксовкой. Чтобы

обеспечить максимальное ускорение груза amax , ролики должны вращаться с угловым ускорением

ω D2 amax .

Такое ускорение система с моментом инерции J развивает, если к ней приложен динамический момент Mдин J дв , т. е. в данном слу-

чае

Выражение GD2 4gJ называют маховым моментом. Итак, ускорению amax соответствует максимально оправдываемый момент привода

Мопт Мс.дв Mдин.

Выбирать двигатель с Мдв max Мопт нецелесообразно, так как в

противном случае между роликами и грузом начинается проскальзывание [2].

Хвостовики роликов по одной стороне рольганга имеют звездочки, через которые перекинута общая цепь, или конические колеса, входящие в зацепление с коническими шестернями на валу. Таким образом, вращение передается сразу группе роликов (групповой привод).

27

Остановка рольганга при разогретой печи недопустима, так как горячие ролики необратимо прогибаются под собственным весом и выходят из строя. Поэтому печные рольганги, как правило, оснащены двумя и более параллельно работающими приводами с общим аварийным запасом мощности.

Конструкция и размер роликов должны обеспечивать прочность и жесткость ролика, т. е. механические напряжения в материале ролика не должны превышать допустимых значений и прогиб роликов под весом груза также не должен превышать допустимого значения. Для определения напряжения и величины прогиба ролика при изгибе под весом нагреваемого тела представим расчетную схему ролика (рис. 2.6). Погонная нагрузка на ролик определяется весом нагреваемо-

схемы, изображенной на рис. 2.6, согласно справочнику [6] определяются по формулам:

где lг / l ; Е – модуль упругости материала ролика, Па; J – осевой

момент инерции сечения ролика, м4 .

Максимальное напряжение в сечении ролика при изгибе определяется как

иmax MmaxJ D2 , Па.

Полученные значения максимального прогиба ролика и напряжения в нем не должны превышать допустимых значений. Допустимая

28

величина прогиба составляет порядка 0,0015 м. Допустимое нормальное напряжение должно выбираться с учетом рабочей температуры ролика.

2.4. ПЕЧНЫЕ ТОЛКАТЕЛИ

Толкательными механизмами оснащаются печи, у которых допустимо прерывистое перемещение тяжелой штучной загрузки или мелких деталей в поддонах по прямой линии.

Толкатель расположен со стороны загрузки перед печью, а таскатель, применяемый для удаления деталей, прошедших сквозь рабочее пространство печи, располагается со стороны выгрузки за печью. Загрузочные и разгрузочные столы, как правило, оборудуются неприводными рольгангами для уменьшения рабочего усилия толкателя. В этом случае транспортирующие механизмы полностью вынесены из зоны высоких температур.

Механизмы толкателя, таскателя, подъема дверец и другие механизмы печи, как правило, имеют единую систему управления, которая обеспечивает необходимую последовательность операций. Для обес-

печения надежности работы толкателя толкающее усилие Fр должно

быть направлено по оси печи. Поэтому толкающие упоры (траверсы) располагаются на раме или каретке, которые перемещаются по неподвижным направляющим скалкам или желобам.

Рама (каретка) приводится в движение силовым элементом – гидроцилиндром или силовым винтом с гайкой, цепным толкателем и т. п.

Рассмотрим некоторые типичные схемы толкателей, где силовым элементом является гидроцилиндр [2].

1.Силовой элемент расположен сзади каретки, его ось совпадает

сосью толкающего усилия (рис. 2.7, а).

Усилие, развиваемое поршнем 2 цилиндра 1, через шток 3 и каретку 4 передается траверсе 5 и затем грузу (первый поддон устанавливается на загрузочном столе между траверсой и загрузочной дверцей печи).

Схема проста, но механизм сильно вытянут в длину, а шток при рабочем ходе работает на сжатие. Это ограничивает длину хода толкателя, и схему применяют обычно, когда усилия велики, а рабочий ход мал (до 1 м).

2. Силовой элемент расположен внутри рамы (каретки), его ось совпадает с осью толкающего усилия (рис. 2.7, б). Усилие, развиваемое

29

гидроцилиндром, передается жесткой раме 8, муфты 7 которой скользят по направляющим скалкам 6; рама через траверсу 5, укрепленную на ее лобовом брусе, передает усилие грузу. Длина конструкции не намного меньше, чем в предыдущем случае, но при прямом (рабочем) ходе шток работает на растяжение, и поэтому его сечение можно выбрать значительно меньшим, длина рабочего хода не ограничена.

3. При необходимости увеличить ход толкателя с сохранением длины его конструкции толкатель выполняют двухходовым (рис. 2.7, в). Рама 1 снабжена задним неподвижным 2 и передним поворотным 3 упорами, причем упор 3 из рабочего положения может свободно поворачиваться, только наклоняясь в сторону рабочего хода. Груз устанавливается между упорами на роликовом столе, не связанном с рамой 1. При первом прямом ходе упор 2 перемещается на расстояние l, несколько большее, чем расстояние между упорами 2 и 3. При первом обратном ходе упор 3, наталкиваясь на нижнее переднее ребро поддона, наклоняется и проскальзывает под дном поддона до тех пор,

l

2

3

в

Рис. 2.7. Схемы печных толкателей

30