Проектирование устройство наплавки подпятника надрессорной балки тележки грузового вагона

Найдем сменный объем металла необходимого для наплавки одной наплавочной головкой.

 

(5.6.4)

 

где –  сменное количество наплавляемых балок, =42;

 

 

Подбираем объем барабана исходя из условия смены барабана не чаще двух раз в смену. Для этого находим  объем проволоки, который необходимо поместить в одном барабане.

Рассчитываем объем металла наплавляемый одним метром проволоки:

 

(5.6.5)

 

где – радиус проволоки, 0,001м;

 – расчетная длина проволоки, 1м.

 

м3

 

Так как данная установка предусматривает  наплавку одного подпятника тремя проволоками следовательно, при расчете необходимо это учесть.

Рассчитаем необходимый метраж  проволоки необходимый для наплавки сменного задания подпятников надрессорных балок.

 

(5.6.6)

 

где – площадь торца проволоки.

 

(5.6.7)

 

м2

 

 

м

 

Вместимость одного барабана.

(5.6.8)

 

м

 

Принимаем вместимость одного барабана равной 2067,006 метров.

Рассчитываем барабан вместимостью 1033,56 м, следовательно, необходимость смены барабана два раза в смену.

Принимаем ширину барабана из максимально  возможных геометрических параметров, 300 мм, также необходимо рассчитать снаряженную массу барабана.

 

Находим массу барабана.

(5.6.9)

 

где – масса проволоки, кг;

 – масса брутто барабана, принимаем предварительно 1кг.

 

(5.6.10)

 

где – масса одного метра проволоки, кг.

 

(5.6.11)

 

где – объем одного метра проволоки, м³;

 – плотность стали  7200, кг/м³

 

кг

 

кг

Находим наружный диаметр барабана

 

(5.6.12)

 

где – объем барабана, м³;

– площадь занимаемая проволокой.

 

(5.6.13)

 

где – ширина барабана.

 

м3

 

м

 

5.10 Выбор электродвигателей

5.10.1 Мощность двигателя обеспечивающего

вращение всей установки определим по формуле:

 

(5.7.1.1)

 

где – требуемый момент на валу двигателя, Н*м;

– установившаяся угловая скорость, 1/с.

– скорость наплавки, м/с; 

м/с

– радиус вращения, м.

м

(5.7.1.2)

 

1/с

 

(5.7.1.3)

 

где – внутренний диаметр подшипника, м;

м

– коэффициент трения в упорном  подшипнике;

– вес конструкции, Н.

Н

 

Н*м

 

Вт

 

Таблица 5.7.1.1 – Характеристики двигателя серии АИР 56А4

Тип	Мощность (кВт)	Частота вращения (об/мин)	Масса (кг)	Номин. ток (А)	Кратность нач. пуск. тока	Кратность макс. пуск. момента	Кратность макс. вращ. момента	КПД (%)
АИР 56А4	0.12	685	12.70	1.50	3.00	1.80	2.00	62.00

 

Проверочный расчёт:

 

(5.7.1.4)

 

(5.7.1.5)

 

(5.7.1.6)

 

где , – пусковой и номинальный  момент на валу электродвигателя;

– номинальная мощность электродвигателя;

– номинальная частота вращения.

 

 

 

(5.7.1.7)

 

(5.7.1.8)

 

(5.7.1.9)

 

– время пуска примем 1с.

 

 

 

В связи с тем, что для обеспечения  плавности регулировки и частоты вращения установки на данном двигатели без редуктора необходима сложная система управления, что соответственно приведет к удорожанию конструкции и повышению нагрузки на двигатель, принимаю решение использовать мотор-редуктор с циклоидальной передачей и повышенным передаточным числом для обеспечения скорости наплавки без перегрузки электродвигателя.

В планетарном редукторе с циклоидальным  цевочным зацеплением в контакте с втулками цевок находятся 2/3 числа зубьев сателлита, что позволяет без поломок длительное время удерживать большие ударные и пиковые нагрузки.

Принцип работы зацепления и отработанная технология изготовления гарантируют 20000 часов непрерывной работы редуктора при постоянной нагрузке с вероятностью безотказной работы 90%. При односменной работе с постоянной нагрузкой расчетная долговечность – 15 лет.

Все детали редуктора – тела вращения и расположены симметрично относительно общей оси редуктора. Два сателлита расположены оппозитно, что полностью уравновешивает инерционные нагрузки. Высокое передаточное число редуктора обеспечивает низкий приведенный момент инерции всего привода.

Многопарность зацепления обеспечивает плавность хода, отсутствие вибраций и уровень шума (корректированный уровень звуковой мощности) в пределах 62 – 70 дБА.

Выбираю мотор-редуктор МРА5/3-735.АИР-56А4 производства ЗАО «БЕЛРОБОТ» (г. Минск), со следующими характеристиками:

- частота вращения выходного  вала – 1,84 1/мин;

- номинальный крутящий момент на выходном валу – 530 Н*м;

- допустимая радиальная нагрузка  на выходном валу – 9000 Н;

- допустимый коэффициент работы  – 1,22;

- передаточное число редуктора  – 735.

В виду того, что принятый мотор-редуктор обладает завышенными характеристиками по радиальной нагрузке и крутящему моменту, считаю нецелесообразным проводить расчет по радиальным (изгибающим)моментам на несущий вал установки, основанием для данного решения также служит скорость вращения наплавочных головок. Режим работы установки, можно принять стационарным.

 

5.7.2 Мощность двигателя подающего

проволоку определим по формуле:

 

(5.7.2.1)

 

где – требуемый момент на валу двигателя, Н*м;

 – установившаяся угловая  скорость, 1/с.

 

(5.7.2.2)

 

где – скорость наплавки, м/с; 

м/с

– радиус вращения, м.

м

 

1/с

 

(5.7.2.3)

 

где – внутренний диаметр подшипника, м;

м

– коэффициент трения в упорном  подшипнике;

– вес конструкции, Н.

Н

 

Н*м

 

Вт

 

Исходя из данного расчета принимаю механизм протяжки проволоки фирмы  «Cooptim» (Швеция). Данный механизм обладает следующими характеристиками:

- 4-роликвый редукторный привод;

- зубчатое зацепление подающего  и прижимного роликов;

- напряжение питающей сети –  24В;

- мощности привода – 40, 65, 90 и  120 Вт;

- диаметр электродной проволоки:

стальная – 0,6-2,4 мм;

порошковая – 1-3,2 мм;

алюминиевая – 0,8-3,2 мм;

- габаритные размеры – 245х215х205;

- скорость подачи проволоки до 500 м/с с плавным регулирорвание;

- возможна работа с горелками  длиной до 5 м. 

 

5.11 Выбор оборудования

 

5.11.1 Выбор привода обеспечивающего горизонтальное перемещение

наплавочной головки

Для обеспечения горизонтального  перемещения наплавочных головок и осуществления осциллирующего движения принимаю линейный привод с шарико-винтовой передачей и усиленной направляющей Тип DGEL-18-150-SP-KG-HD18. Момент вращения электродвигателя преобразуется шарико-винтовой передачей в поступательной движение бегунка или каретки. Точному перемещению каретки способствует шариковая направляющая качения. Линейный привод с шарико-винтовой передачей и усиленной направляющей может использоваться как стабильный и устойчивый базовый механизм для одно и многокоординатных систем.

Усиленная направляющая обеспечивает высокую точность позиционирования при повышенной нагружающей способности.

Встроенные в усиленную направляющую постоянные магниты позволяют бесконтактно определить промежуточные и концевые положения привода с помощью датчиков положения.

Привод обладает следующими характеристиками.

 

Моменты инерции масс:

собственный основной момент инерции  привода – 8,6 кгмм²

момент инерции на величину единицы  хода – 112,1 кгмм²/м;

момент инерции на единицы полезной массы – 2,53 кгмм²/кг;

Типоразмер передачи – 18;

Типоразмер направляющей – 18;

Момент привода – 0,45 Нм;

Максимальное усилие подачи – 250 Н;

Крутящий момент холостого хода – 0,2 Нм;

Воспринимаемая точность позиционирования – 0,02 мм;

Направляющая – шариковая направляющая качения;

Постоянная передача (шаг шпинделя) – 10 мм/U;

Расположение при монтаже –  любое, следует учитывать нагрузочную  способность;

Точность – 0,01-0,025 мм;

Максимально допустимая скорость – 0,5 м/с;

Максимально допустимая частота вращения – 3000 об/мин;

Максимально допустимое линейное ускорение  – 6 м/с²;

Диапазон температур 0 - +40 ⁰С;

Тип защиты:

защитная лента сверху и сбоку  – IP40;

защитная лента сбоку  –  IP42;

направляющая -  – IP00;

Материалы:

корпус, крышки бегунок – алюминий анодированный,  защитная лента – нерж. сталь;

направляющая – корпус, крышки, каретка – алюминия анодированный, направляющая – подшипниковая сталь;

Основная масса без корпуса  муфты – 5,1 кг;

Масса на единицу хода – 16 кг/м;

Масса корпуса муфты с винтами  – 0,14 кг

Типоразмер - 150

Технические чертежи на линейный привод с шарико-винтовой передачей и усиленной направляющей приведены в приложении 2.

 

5.12 Выбор датчиков

 

Сбор информации о характере  износа подпятника осуществляется лазерной рулеткой серии DISTO. Измерение производится по окружности на 6 диаметрах.

Лазерные рулетки серии DISTO является на сегодняшний день самой передовой  технологией бесконтактного измерения  расстояний до любых поверхностей с любым наклоном к отражающей поверхности в пределах до 60м, а при применении простой отражательной пластинки, входящей в комплект, до 180м с точностью до 1,5 мм. Рулетки имеют встроенную память на 20 - 1000 измерений, а также встроенные тригонометрические функции, позволяющие определять неприступные расстояния и углы. Лазерные рулетки можно подключать к компьютеру и системе управления установки, т.е. использовать в АСУ ТП.

 

Таблица 5.9.1 – Технические данные рулетки DISTO pro-a

 

В качестве датчиков на линейном приводе  предлогается использовать датчики  приведенные в приложении 3.

 

 

 

 

5.13 Устройство и работа составных частей

 

Оборудование расположено на поточно-конвейерной  линии ремонта надрессорных балок.

Надрессорная балка лежит в  седле, при перемещении конвейера  с фиксированным шагом, балка после очистки и нагрева приходит на позицию наплавки.