Перспективное развитие шиномонтажного участка СТО1 ОАО КурганоблАТО (стр. 6 из 9)
Стенд собственного производства предназначен для ошиповки шин с заранее просверленными отверстиями. Стенд устанавливается на верстаке и приводится в действие усилием руки человека.
Стенд представляет собой сварную конструкцию со стойкой внутри которой установлена передача «Шестерня – рейка». Вращая шестерню, приводи м движение рейку, которая соединена со штоком передающем усилие на шип.
Стенд Ш-816 предназначен для ошиповки шин с помощью сверлильной машины и пистолета Ш-305 с вибропитателем. При этом шины могут быть как размонтированы, так и смонтированы на ободьях. Стенд стационарный, крепится к специальному фундаменту. Питание пистолета и сверлильной машины осуществляется от воздушной магистрали 6 – 8 кгс/см2, питание вибропитателя – от электросети 220 В, 50 Гц.
Стенд представляет собой сварную металлическую конструкцию, к основанию которой крепиться стойка, два катка для шины и захваты с винтовыми фиксатором. На стойке установлен кронштейн с фиксатором по высоте и дорном, а также вибропитатель, который соединен гибким шлангом с пневмопистолетом, питание к которому а также к пневматической сверлильной машине подается от воздушной магистрали, трубопроводом проложенным внутри стойки.
Стенд Ш-820 предназначен для ошиповки шин с применением пневмокамер. Стенд стационарный, крепится к специальному фундаменту. Питание пневмокамер осуществляется от воздушной магистрали 6 – 8 кгс/см2.
Стенд АМ 004.00.00 для ошиповки шин представляет собой сварную металлическую конструкцию на которой закреплено две пневмокамеры, установленных так, что они действуют навстречу друг другу.
Процесс ошиповки шин на стенде представляет собой внедрение в уже подготовленное отверстие. Конус состоит из трех разжимных элементов, которые затем раздвигаясь разжимают резину, позволяя шипу встать на определенную глубину. Как для внедрения конуса, так и для раздвижения секторов конуса используется пневматический привод, состоящий из двух пневмокамер. Управляющее воздействие механическое.
Анализ технических характеристик существующих конструкций стендов для диагностирования элементов подвески приведены в таблице 5.3.
5.2 Расчет конструкции
5.2.1 Расчет прилагаемых усилий
Рассчитаем усилие на штоке необходимое для внедрения конуса, для этого определим силу с которой резина действует на внедряемый конус. Максимальная сила, действующая на конус, будет при максимальных ее деформациях, т.е. когда конус вошел на всю величину (рисунок 5.1а).
Для расчета принимаем d = 3 мм; B = 20 мм; H = 18 мм; a = 30°.
Так как резина легкодеформируемый материал, то для упрощения расчета принимаем, что усилие ее воздействия распределено по всей поверхности конуса, причем у его вершины резина не деформирована.
Усилие резины будет определятся как:
F = s×S, Н (5.1)
где s - напряжения возникающие в резине при ее деформации;
S – площадь поверхности конуса.
Распределение напряжений по длине образующей конуса будут определяться следующей зависимостью:
s = (smax /L)×l, МПа (5.2)
где smax – максимальные напряжения возникающие в резине при ее деформации;
L – длинна образующей конуса.
Максимальных напряжения определим по формуле:
smax = Е×emax, МПа (5.3)
где E – модулю Юнга, для резины 20 МПа,
emax – возникающие максимальные относительные деформации, определяется как отношение DА/A (рисунок 5.1а).
Максимальные деформации будут наблюдаться в самом верхнем слое резины и будут определяться геометрией конуса:
DА = Н×tg(a/2) = 0,018×tg15° – d/2 = 0,0033 м,
А = (B – d)/2 = (0,02 – 0.003)/2 = 0,0085 м,
L = H/cos(a/2) = 0,018/cos15° = 0,0186 м.
emax = DА/A = 0,0033/0,0085 = 0,3882.
Так как величина деформации изменяется по высоте то и значение силы также будет изменяться. Рассчитаем силу действующую на «элементарное кольцо» поверхности конуса, для этого рассмотрим развертку конуса (рисунок 5.1б). Площадь поверхности «элементарного кольца» будет определяться как:
dS = b×l×dl, (5.4)
где b - угол развертки b = 2×p×sin(a/2).
Сила действующая на «элементарное кольцо» будет равна:
dF = s×b×dl (5.5)
Для определения силы действующей на весь конус проинтегрируем по всей длине образующей:
F = Lò 2×p×sin(a/2)×E×emax×l2×dl/L = (2×p×sin(a/2)×E×emax/L) Lòl2×dl = 2×p×sin(a/2)×E×emax×L2/3, H
F = 2×p×sin(a/2)×E×emax×L2/3, H (5.6)
F = 2×p×sin 15°×20×106×0.3882×0.01862/3 = 1455.2782 H.
Так как конус состоит из трех секторов то на каждый конус действует третья часть этой силы.
Рассчитаем необходимое усилие на штоке:
Рассмотрим силы действующие на один из секторов конуса:
Спроецируем силы действующие на резину на ось X:
N2×cos(a/2) – Fтр2×sin(a/2) – F×cos(a/2) = 0;
N2×cos(a/2) – N2×f×sin(a/2) – F×cos(a/2) = 0;
N2 = F×cos(a/2)/(cos(a/2) – f×sin(a/2)) . 5.7)
Спроецируем силы действующие на конус на ось Y:
N1×sin(a/2) + Fтр1×cos(a/2) – Р = 0;
N1×sin(a/2) + N1×f×cos(a/2) – Р = 0;
N1 = Р/(sin(a/2) + f×cos(a/2)) . (5.8)
Так как N1 = N2 , то приравнивая полученные выражения и делая небольшие математические преобразования получим:
Р = F×cos(a/2)×(tg(a/2) + f)/(1 – f×tg(a/2)) (5.9)
где F×sin(a/2) – проекция силы действующей на конус на вертикальную ось.
f – коэффициент трения скольжения резина по стали принимаем равным 0,6.
Полученная сила рассчитана для одного сектора конуса, поэтому для получения усилия на штоке ее необходимо утроить.
Pш1 = 1455,2782×cos15°×(tg15°+0,6)/(1-0,6×tg15°) = 1453,7940 Н.
Рассчитаем усилие на штоке необходимое для раздвижения секторов конуса, для этого определим силу с которой резина действует на раздвигаемые сектора. Максимальная сила, действующая на сектора, будет при максимальных ее деформациях, т.е. когда сектора максимально раздвинуты, этот размер определяется диаметром шипа (рисунок 5.3а).
Для расчета принимаем D= 8 мм; j = 12°; g = 4°.
Проводим такие же рассуждения и для определения силы воздействия резины определим некоторые геометрические параметры:
DА = Н×tg(j) = 0,018×tg12° +(D-d)/2 = 0,0063 м,
L2 = (DА +d/2)/sin(j) = (0,085+0,0015)/sin12° = 0,0376 м,
L = H/cosj = 0,018/cos12° = 0,0184 м,
L1 = L2 – L = 0,0376 – 0.0184 = 0,0192 м,
emax= DА/A = 0,0063/0,0085 = 0,7412.
Рассчитаем усилие, оказываемое резиной:
F = L2L1ò 2×p×sin(j)×E×emax×l2×dl/L = (2×p×sin(j)×E×emax/L)×L2L1òl2×dl = 2×p×sin(j)×E×emax×(L22 - L12) /(L×3), H
F = 2×p×sin(j)×E×emax×(L22 - L12) /(L×3), H (5.10)
F = 2×p×sin 12°×20×106×0.7412×(0.03763 – 0.01923)/(0.0376×3) = 7906,8319 H.
Так как конус состоит из трех секторов то на каждый конус действует третья часть этой силы.
Аналогично рассчитываем усилие на штоке пневмоцилиндра:
Pш2 = 7906,8319×cos12°×(tg4°+0,18)/(1-0,18×tg4°) = 1957,5859 Н.
5.2.2 Расчет пневмопривода
Величина усилия на штоке пневмоцилиндра рассчитывают по формуле [5]:
Pш = p×p×D2×h/4 – T , H (5.11)
где p – давление сжатого воздуха, принимаем равное 6,3 кгс/см2;
D – диаметр внутренней полости цилиндра;
h – коэффициент учитывающий утечки в уплотнении поршня и штока;
Т – суммарные потери в уплотнениях.
Т = p×D×l×f×(q + p)0.6, (5.12)
где f = 0.4 – коэффициент трения;
q = 2 МПа – контактное давление от предварительного натяга манжеты;
l – длинна манжеты, принимаем равной 10 мм.
Подставляя значение Т, и принимая величину усилия на штоке равную 1957,5889 Н:
Pш = p×p×D2×h/4 – p×D×l×f×(q + p)0.6,
Получаем квадратное уравнение относительно D, решая которое находим значение D = 0.0683 м, принимаем ближайший больший диаметр для цилиндров по ГОСТ 15608–70 [3], D = 0.08 м. Окончательно рассчитаем усилие на штоке:
Рш = 0,63×106×p×0,082×0,85/4 – p×0,08×0,01×0,4×(1+0,63)×106 = 2684,9892 Н.
5.2.3 Расчет штока верхнего пневмоцилиндра
Шток верхнего пневмоцилиндра испытывает деформации растяжения – сжатия. Примем материал штока сталь Ст. 3 [1], предел текучести которой sт =250 МПа, определим допускаемые напряжения, задаваясь коэффициентом запаса прочности конструкции n = 2.
[s] = sт/n, МПа (5.13)
[s] = 250/2 = 125 МПа,
Рассчитаем диаметр штока при действии на него максимально возможной силы Рш = 2684,9892 Н.
d = ÖPш/(p×[s]), м (5.14)
d = Ö2684,9892/(p×125) = 0,0026, м
Принимаем, d = 0.008, по конструктивным соображениям.
5.2.4 Расчет подвижного крепления нижнего пневмоцилиндра
Для удобства установки шин на стенд и так же для улучшения производства работ по ошиповке шин нижний пневмоцилиндр соединяется с корпусом подвижным соединением, которое представляет собой два квадратных стержня соединенных между собой и имеющих возможность поступательного перемещения по направляющим роликам, передвижение осуществляется за счет передачи «винт – гайка».
Рассчитаем стержни на прочность и жесткость при действии на максимальной силы от пневмоцилиндра, при этом предположим, что последний может быть отведен в сторону от линии действия сил верхнего цилиндра на величину равную 60 мм, больше его выдвигать не рационально, т.к. это создаст значительные неудобства при работе. Расчетная схема приведена на рисунке 5.4.