3. Назначение, общее устройство и работа кантователя

Назначение. Кантователь предназначен для сварки узла крепления вант автодорожного моста. Кантователь обеспечивает фиксацию и зажим собираемых узлов, а также их вращение для принятия наиболее удобного и необходимого пространственного положения.

Монтаж. Кантователь должен быть установлен на фундамент и закреплен фундаментными болтами.

Питание электропривода кантователя от электросети напряжением 380В.

Технические характеристики:

Высота кантователя над полом цеха 4200 мм.

Частота вращения стенда 0,5 об/мин.

Диаметр колец 4800 мм.

3.1 Определение опорных реакций на роликоопорах

Для определения необходимых диаметров роликоопор , а так же мощности и электродвигателя , его тип и необходимую передачу вращающих моментов производим нижеприведённый расчёт.

Активная внешняя нагрузка стенда состоит из центральной силы G, равной весу вращаемого изделия, и грузового момента M_кр=G*e. В статическом состоянии стенда при e=0 сила G создает на роликоопорах опорные реакции Q, зависящие от угла α :

Q=G/2cos(α/2) (3.1)

Рис.1

В практике проектирования роликовых стендов часто допускается ошибка, заключающаяся в том, что для определения максимальной нагрузки на роликоопоры Q_max по формуле (2.1) принимается наибольший заданный вес изделия G_max при максимально допускаемом значении центрального угла α_max. Это нередко влечет за собой недопустимое чрезмерное завышение расчетной нагрузки на роликоопоры и их валы. Причина такой ошибки в том, что при определении максимального расчетного значения опорной реакции Q упускается из виду следующее обстоятельство. С увеличением диаметра изделия обычно увеличивается его масса, а следовательно, увеличиваются и опорные реакции роликов Q.

Во время вращения изделия на приводных роликах возникает окружное усилие T₁. Чтобы оценить влияние этого усилия на опорные реакции роликов Q, приложим к центру вращаемого барабана две равные и прямо противоположные силы T₁. Одна из них, в паре с окружным усилием на роликах, образует момент T₁R, вращающий барабан вокруг оси. Другую силу раскладываем по направлениям опорных реакций на две составляющие T₃ и T₄. Следовательно, под действием окружного усилия T₁ к основным опорным реакциям роликов Q добавляются силы :

T₃ - на ведущие роликопоры и T₄- на ведомые, холостые роликоопоры. Аналогичное действие производит сила T₂, добавляя к опорным реакциям силы T'₃ и T'₄. Таким образом, суммарные опорные реакции на приводных и холостых роликоопорах будут соответственно: /6/

Q₁=Q+T'₃;Q₂=Q+T'₄. (3.2)

По рис.1 имеем:

T₃= -T₁/tdα ; T₄=T₁/sinα ; T'₃=T₂/sinα ; T'₄= -T₂/tdα.

Подставив в формулы (3.2) найденные значения Q, T₃ и T₄, получим следующие выражения для опорных реакций:

; (3.3)

Величина окружного усилия T₁ на приводных роликах определится из условия преодоления (уравновешивания), во-первых, грузового момента M_кр=Ge, а во-вторых, сопротивления вращению холостых роликоопор T₂.

Условие равновесия моментов относительно оси вращаемого барабана запишется как T₁R=Ge+T₂R, откуда:

(3.4)

где R-радиус вращаемого барабана;

T₂ - сопротивление вращению холостых роликов.

Сопротивление вращению приводных роликов и приводного вала должно быть учтено в дальнейших расчетах, при определении крутящего момента и мощности на приводном валу роликоопор.

Сопротивление вращению холостых роликоопор, приведенное к их окружности, определяется как:

(3.5)

где d_р-диаметр оси ролика в подшипниках;

f-коэффициент трения в подшипниках роликоопор (для подшипников качения при конических роликоподшипниках f=0.02);

μ-коэффициент трения качения (для стальных роликов μ=0.06…0.08 см).

Подставив значение T₂ из формулы (3.5) в выражение (3.4) получим :

.

Заменив в этой формуле величину Q₂ его значением из формулы (3.3), после некоторых преобразований получим окончательное выражение для величины необходимого окружного усилия T₁ на приводных роликоопорах:

(3.6)

Аналогично для холостых роликоопор:

(3.7)

где ε=е/R-эксцентриситет, выраженный в долях радиуса барабана (дисбаланс);

Где: d_р – диаметр оси ролика в подшипнике ,

f – коэффициент трения в подшипниках роликоопор (для подшипников скольжения f=0,1 , для подшипников качения при конических роликоподшипников f=0,02),

μ – коэффициент трения качения (для стальных роликов μ=0,06-0,08 см , для обрезиненных μ=0,25-0,35 см.)

При вращении сбалансированных барабанов, для которых е=0,формула (3.7) приобретает вид:

(3.8)

Окружные силы T₁ и T₂, возникающие на стендовых роликах при вращении барабана, увеличивают опорные реакции роликов, если барабан вращается против часовой стрелки по рис.1, так как при этом силы T₁ и T₂ направлены вниз. Вызванная этими силами добавочная нагрузка на ролики тем больше, чем больше угол α и чем выше коэффициенты трения f и μ.

Если же барабан вращается в обратную сторону, то силы T₁ и T₂ направлены вверх и опорные реакции уменьшаются. Поэтому для определения максимальных расчетных усилий надо выбирать направление вращения приводного вала и положение центра тяжести G так, как показано на рис.1, т.е. с окружными усилиями T₁ и T₂, направленными вниз.

Подставив найденное значение T₁ в формулы (3.3), получим окончательное выражение для опорных реакций роликоопор при их вращении под нагрузкой:

;

, (3.9)

или, при ε=0,

(3.10)

Вес конструкции 11500 кг вместе с конструктивными элементами вращателя приблизительно 20 т. Стенд имеет шесть пар роликоопор, поэтому на одну пару роликоопор G=8333 кг. Угол α=90° . Подставив значения в формулу (3.10) получаем Q₁=Q₂=5892 кг. По получившейся реакции диаметр роликопоры принят равным 522.