АЕПТВМ КП / КП Толкатели заготовок

Федеральное агентство по образованию РФ ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»

В.С. Паршин, В.А. Спиридонов, В.Л. Мухоморов

ТОЛКАТЕЛИ ЗАГОТОВОК ДЛЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ

Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой «Металлургические и роторные машины»

Научный редактор доц., канд. техн. наук Б.Н. Губашов Рецензент доц., канд. техн. наук Н.Х. Понетаева

Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Механика» (раздел «Детали машин и основы конструирования») для студентов всех видов обучения специальности 110300 – «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей». В работе дано описание конструкций реечного, рычажного, винтового и фрикционного толкателей. Показан расчёт основных конструктивных параметров этих устройств с проверочным расчётом на прочность зубчатых передач, винтовых пар, катковых опор, устойчивости штанг на продольный изгиб. Рассмотрены также расчёт и конструирование подшипниковых узлов, расчёт мощности привода и выбор двигателя. На примере рычажного толкателя показано применение кинематического анализа и синтез рычажной системы для оптимизации конструкции.

© ГОУ ВПО УГТУ−УПИ, 2005

Екатеринбург

2005

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Целью курсового проектирования по дисциплине «Механика» (раздел «Детали машин и основы конструирования») является расширение и закрепление знаний, полученных в период лекционного обучения и на практических занятиях, приобретение практических навыков в решении инженерных задач по выбору основных параметров проектируемой машины, по кинематическому анализу и конструктивной разработке отдельных узлов.

В качестве темы курсового проекта студенту задаётся конструктивная разработка одного из вариантов печного толкателя, состоящего из двигателя, передач и рабочего органа. Заданием предусматривается расчёт мощности привода, выбор двигателя, редуктора, муфт, подшипников, расчёт основных деталей на прочность и т. д.

Проект состоит из графической части и пояснительной записки. Графическая часть проекта рассчитана на 1,5…2 листа формата А1. Объём пояснительной записки – 15…20 листов. Проект выполняется в IV учебном семестре и защищается перед комиссией, назначенной заведующим кафедрой, и должен быть предварительно подписан руководителем.

2. ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ ТОЛКАТЕЛЕЙ И ВЫТАЛКИВАТЕЛЕЙ

По способу передачи толкающего усилия различают следующие конструкции толкателей и выталкивателей: реечные, винтовые, рычажные кулачковые, цепные, фрикционные. Для привода толкателей и выталкивателей преимущественно используют электрический привод, но иногда применяют на этих установках гидравлический и пневматический приводы.

Винтовые толкатели имеют по сравнению с реечными меньшие габариты, но применяются обычно только при небольших усилиях проталкивания садки P ≤500 кН вследствие низкого КПД винтовой пары.

Значительно надёжнее и долговечнее реечные толкатели, которые применяют при усилиях проталкивания садки до 2…2,5 МН. Реечные

толкатели имеют обычно более сложный редуктор, поскольку он должен обеспечить большее передаточное число. Основное преимущество реечных редукторов – больший КПД (η=0,85…0,90) и устранение ходовой гайки. Гайка относительно быстро изнашивается (срок службы около 2-х лет). Она сложна в изготовлении, так как имеет большие размеры и требует точной обработки.

Штанги толкателей выполняют коваными, сварными и – для толкателей на малое усилие – из катаных заготовок круглого сечения. Кованые и сварные штанги более сложны в изготовлении: сложнее получается конструкция направляющих. Однако применение штанг толкателя прямоугольного сечения позволяет выполнить зубчатые рейки в виде отдельных деталей, изготовляя их из более прочной стали (40ХН, 40Х), и при износе зубьев заменять, сохраняя тяжёлые и дорогие штанги.

Штанги толкателей из круглого проката проще в изготовлении, но в этом случае зубья приходится нарезать непосредственно на них. Следовательно, марка стали будет хуже, а при износе зубьев штанги необходимо заменять целиком.

Скорость толкания металла толкателями выбирают обычно небольшой: при проталкивании садки 0,1…0,3 м/с. Возвратный ход может быть более быстрым – 0,6…0,8 м/с. Для регулирования скорости в последних конструкциях предусматривают привод толкателей от двигателей постоянного тока.

Рычажные толкатели применяют у печей с боковой загрузкой металла, так как толкающие штанги такого толкателя могут быть введены в

печь при малых размерах окон в торцевой стенке печи.

3. РЕЕЧНЫЙ ТОЛКАТЕЛЬ

Реечный толкатель предназначен для перемещения отдельных блюмов и слябов с рольганга в нагревательную печь и продвижения через неё всего ряда блюмов и слябов. Схема реечного толкателя представлена на рис. 1. Толкающая штанга 1 снабжена толкающими пальцами 2 с пружинными амортизаторами 3. При движении штанги вперёд в опорных катках 4 пальцы упираются в торец штанги и толкают перед собой

Рабочий ход толкателя условно делится на три участка: a, b и c (рис. 2). На участке a толкатель совершает холостой ход, при котором башмак непосредственно ещё не доходит до слитка. На участке b толкатель продвигает один слиток с усилием P1сл до соприкосновения со всей садкой. И на участке c происходит продвижение всего ряда слитков с усилием PΣсл. Отношение c/b ≈0,1, следовательно, максимальное усилие PΣсл приходится на довольно кратковременный отрезок времени.

Таблица 1 Коэффициенты полезного действия механизмов и узлов

Для выбора мощности двигателя нагрузочную диаграмму удобнее представлять в виде зависимости статического момента от времени Mс =f(t).

Паршин В.С., Спиридонов В.А., Мухоморов В.Л. Толкатели заготовок для металлургических печей

где kд = 1,2 – коэффициент, учитывающий динамические режимы работы привода.

По полученному значению Мном можно выбрать двигатель по каталогу [3].

Можно также определить номинальную мощность двигателя по

где λ – перегрузочная способность двигателя; для двигателей постоянного тока λ = 2…2,5 .

По найденной мощности из каталога [3] выбираем электродвигатель. Общее передаточное число привода находят из отношения числа оборотов (nд, об/мин) выбранного электродвигателя к числу оборотов

(nш, об/мин) реечной шестерни:

ружности шестерни.

Задаваясь числом зубьев шестерни (Z ≥ 20), её модуль определяют из расчёта прочности зубьев на изгиб по формуле, мм:

где P – окружное усилие шестерни, соответствующее толкающему усилию, Н;

YF – коэффициент, учитывающий форму зуба;

[σF] – допускаемое напряжение изгиба с учётом характера нагружения и срока службы передачи, МПа (Н/мм2);

Ψm = b/m = 10-12 – коэффициент ширины реечного зацепления по модулю зацепления (b – длина зуба рейки, мм).

Коэффициент, учитывающий форму зуба, зависит от числа зубьев и относительного смещения X режущего инструмента. Значения коэффициента ΥF приведены в табл. 2.

Допускаемые напряжения изгиба определяются по формуле:

где σ0F limb – предел выносливости при отнулевом цикле изгиба, МПа

(табл. 3);

[SF]' – коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала зубчатых колёс (табл. 3) при вероятности неразрушения 99 % (в этом коэффициенте отражена и степень ответственности зубчатой передачи: при вероятности неразрушения большей, чем 99 %, значения [SF]' существенно возрастают);

[SF]" – коэффициент, учитывающий способ получения заготовки зубчатого колеса (для поковок и штамповок [SF]" = 1; для проката

[SF]" = 1,15; для литых заготовок [SF]" = 1,3).

Определённый по формуле (1.5), модуль округляют по ГОСТ 9563–60 и находят диаметр делительной окружности шестерни dш = m Z. Ширину шестерни принимают больше ширины рейки примерно на 5…10 мм.

По общему передаточному числу и мощности привода в каталоге [1] подбирают редуктор.

Таблица 2

Коэффициент формы зуба

Таблица 3

Значения предела выносливости при отнулевом цикле изгиба σ0F limb и коэффициента нестабильности материала [SF]'

4. ВИНТОВОЙ ТОЛКАТЕЛЬ

Винтовой толкатель подаёт в печь заготовки, продвигает их по ходу печи и выгружает через окно выдачи; применяется для преодолений усилий до 700 кН при ходе башмака до 2,5 м.

Винтовой толкатель (рис. 3) состоит из неподвижной рамы 1, на которой установлены передняя 2 и задняя 3 стойки. К передней стойке прикреплены направляющие втулки 4 для штанг 5, радиальный 6 и упорный 7 подшипники для переднего конца винта 8. При вращении винта перемещаются гайка 10 и связанная с ней траверса 11. Траверса 11 в свою очередь жёстко связана с задними концами штанг 5, которые проходят через направляющие втулки 4 передней стойки, и их передние концы присоединены к общей толкающей головке 12. Такая конструкция обеспечивает работу винта только на растяжение. Винт вращается от привода, состоящего из электродвигателя 13, упругой муфты с электромагнитным