Определение расхода воздуха пневмоцилиндром за один двойной ход поршня

Конструктивная часть

Техническое задание на разрабатываемую конструкцию

Наименование и область применения

Проектируемое изделие - пневматический стенд для разборки и сборки рессор грузовых автомобилей. Условное обозначение изделия - СРР. Данный стенд предназначен для облегчения работ по разборке и сборке рессор грузовых автомобилей. Стенд может быть рекомендован к использованию в цехах средних и крупных автотранспортных предприятий, авторемонтных заводах. Проектируемое оборудование ориентированно преимущественно на Российский рынок.

Цель и назначение разработки

Стенд призван облегчить работу технического персонала в процессе ремонта рессор, создать более технологичные условия труда и повысить эффективность сборки и разборки рессор в условиях автотранспортных и авторемонтных предприятий.

Источники разработок

При проектировании руководствовался технической литературой:

- Номенклатурный каталог. Специализированное техническое оборудование. Министерство автомобильного транспорта РСФСР. Центральное бюро научно – технической информации. Москва 1982. - 195 с.

- Оборудование для ремонта автомобилей. Под ред. Шахнеса М.М. Изд-во «Транспорт» 1971. - 424 с.

Технические требования

К стенду предъявляется ряд требований. Использование в условиях ремонтного производства требует обеспечения необходимой надёжности, то есть безотказную работу до следующей аттестации. Для повышения уровня технологичности и унификации за основу будут взяты образцы аналогичного оборудования уже освоенные отечественной промышленностью. Учитывая возможность использования стенда персоналом без определённых навыков, к нему предъявляются определенные требования по технике безопасности.

Экономические показатели

Стоимость изготовления стенда для разборки и сборки рессор автобуса ПАЗ с применением собственных сил и средств не должна превышать стоимости готового механизма.

Описание устройства и работы разрабатываемой конструкции

Подбор материала

Разработка изделия будет произведена на основе аналога выбранного из ряда стендов выпускаемых отечественной промышленностью. Варианты наиболее часто встречающихся стендов приводятся ниже. Стенд модель Р203, стенд модель Р275, стенд модель 3039.

Выявление вариантов

Стенд для сборки и разборки рессор - Модель Р203.

Стенд предназначен для выполнения прессовых работ при разборке, сборке листовых рессор (за исключением устанавливаемых на ав­томобили особо большой грузоподъемности) и при замене втулок в рессорах и кронштейнах.

Тип — стационарный.

1 – ящики; 2 – кран; 3 – кожух; 4 – крышка; 5 – упор-центратор; 6 – съемный центратор; 7 – столы; 8 - каркас; 9 – упор; 10 – вилка; 11 – манометр; 12 – пневмоцилиндр

Рисунок 6.1 - Стенд модели Р203

Силовым органом стенда является цилиндр 12, подключаемый к магистрали сжатого воздуха. Рабочее давление в пновмосистеме стенда контролируется по манометру.

Разбираемую рессору (пакет листов, собираемых в рессору) по­мещают между вильчатым упором штока 9 цилиндра и неподвиж­ным упором – центратором 5. При перепрессовке втулок дополни­тельно используют оснастку — втулку для фиксации ушка корен­ного листа или кронштейна (ее вставляют в центратор), съемный стержневой упор штока цилиндра и оправку, посредством которой впрессовывается изношенная втулка и запрессовывается новая.

Техническая характеристика стенда Р203

Усилие, развиваемое при рабочем

давлении воздуха, кН ………………………………..26

Рабочее давление воздуха. МПа……………………0,5

Расход воздуха за один двойной

ход штока, м³……………………………………… 0,04

Габаритные размеры стенда, мм……1255х896х1006

Масса стенда, кг …………………………………….240

ТУ 200-РСФСР-1/10-194-80Е

Разработчик — ЦПКТБ «Автоспецоборудование»

Стенд для сборки и разборки рессор - Модель Р275

Стенд (Рисунок 6.2) предназначен для разборки и сбор­ки листовых рессор грузовых автомобилей, при­цепов и полуприцепов (кроме подвижного соста­ва особо большой грузоподъемности), замены втулок в рессорах и в кронштейнах, рихтовки рессорных листов.

Тип стенда - стационарный, с электрогид­равлическим приводом.

В состав стенда входят два автономных механизма - для производства прессовых работ и рихтовочных, Оба механизма имеют в качест­ве силового органа гидравлические цилиндры, обслуживаемые общей насосной станцией с электродвигателем А02-22-4 и раздельными кранами управления. Цилиндр первого механизма -создает усилие, необходимое для сжатия рессо­ры при ее разборке (пакета листов при сборке) и для перепрессовки втулок; цилиндр вто­рого механизма сообщает усилие нажимному рихтовочному валку. Привод блока ведущих рихтовочных валков 2 осуществляется от отдельного электродвигателя А02-32-4, который реверсируется либо при помощи концевых выключателей, чем обеспечивается автоматичес­кий режим работы механизма, либо посредством кнопочного переключения.

Рессору (пакет листов) помещают между упором-центратором 5 и вилкой 4 на штоке цилиндра механизма для прессовых работ. При перепрессовке втулок в центратор вставляют сменную разрезную втулку (в нее заводят ушко коренного листа рессоры), в шток цилиндра - упор, а в подлежащую замене втулку - оправку с новой втулкой на свободном конце.

1 – каркас; 2 – блок рихтовочных валков; 3 – рычаг крана управления гидроцилиндром; 4 – вилка; 5 – упор центратор; 6 – рычаг крана управления гидроцилиндром

Рисунок 6.2 - Стенд модели Р275

Техническая характеристика

Усилие на штоках гидроцилиндров, кН:

механизма для рихтовочных работ…………………80

механизма для прессовых работ ……………………30

Габаритные размеры, мм……………….1380х910х1050

Масса, кг …………………………………………….450

ТУ 200.РСФСР-1/16-59-84

Стенд для разборки и сборки рессор – Модель 3039

Стенд предназначен для сборки и разборки рессор грузовых автомобилей ГАЗ-51, ЗИЛ-164А, МАЗ-200 и автобусов ПАЗ, ЛИАЗ, ЛАЗ.

Основанием 1 стенда (Рисунок 6.3) является сварная рама, на которой смонтированы все агрегаты стенда. Рессорные листы при сборке укладываются на вер­хнюю часть основания 1 между упором 3 и ползуном 4 так, чтобы штырь 2входил в отверстия собираемых рессорных листов. Рукояткой крана 6 воздух из магистрали цеха подают в нижнюю полость пневмогидравлического цилиндра 7. При этом жидкость, находящаяся в верхней части пневмогидравлического ци­линдра 7, под давлением поступает в гидравлический цилиндр 5, шток которого воздействует на ползун 4, перемещающийся по направляющим 8. После сжатия рессорных листов вытаскивают штырь 2и собирают рессоры.

Техническая характеристика стенда

Усилие сжатия рессоры, кН ……………………………40

Давление воздуха в сети, МПа ...…………………..0,4

Габаритные размеры, мм ………………………………760х480х993

Масса, кг .......………………………………………..327

Стенд разработан Гипроавтотрансом.

1 – основание; 2 – штырь; 3 – упор; 4 – ползун; 5 – гидроцилиндр; 6 – рукоятка крана; 7 – пневмоцилиндр; 8 – направляющие.

Рисунок 6.3 – Стенд модели 3039

Оценка вариантов

Стенд модели Р203 имеет одну из самых простых конструкций, по сравнению с рассматриваемыми стендами, не требующую больших производственных затрат, прост в эксплуатации, не требует специальной подготовки персонала.

Стенд модели Р275 имеет сложную конструкцию, по сравнению со стендами моделей Р203 и 3039, а следовательно сложен в эксплуатации и требует специальной подготовки персонала. Стенд модели Р275, по сравнению с другими рассматриваемыми стендами, позволяет рихтовать рессорные листы. Минусом стенда модели Р275 является более высокая стоимость, более высокие эксплуатационные затраты и повышенные требования по технике безопасности, т.к. стенд имеет два электродвигателя и сложную гидравлическую систему.

Стенд модели 3039 имеет конструкцию аналогичную стенду модели Р203, но она усложнена дополнительно установленным цилиндром. Стенд имеет более высокую стоимость по сравнению со стендом модели Р203. Усложнилось техническое обслуживание, и дополнительно появилась необходимость контроля за гидравлической системой стенда.

Выбор оптимального варианта

На основе анализа вариантов примем за прототип стенд модели Р203. Данный стенд имеет хорошие технико-экономические показатели, и минимальное количество отрицательных черт. Пневматическая схема стенда Р203 обладает высокой компактностью и достаточно проста, поэтому она будет принята за основу без особых изменений. Данный стенд дает возможность повышения производительности разборочно-сборочных работ. Электропривод отсутствует и следовательно понижает стоимость конструкции, так как его установка усложнит конструкцию. При необходимости имея соответствующий кронштейн или оправку их можно закрепить на выходной шток стенда и использовать стенд к примеру в качестве пневматического стенда по сборке и разборке сцепления грузовых автомобилей, это является показателем высокой унификации данной модели стенда.

6.2.5 Принципиальные конструктивные решения

При разработке изделия за основу будет принята пневматическая схема представленная на рисунке 6.1

.

1-пневмоцилиндр; 2-поршень; 3-шток; 4-вентиль; 5-распределительный кран; 6-трубопровод.

Рисунок 6.4-Пневматическая схема стенда

Данная схема удовлетворяет требованиям компактности, одним из важнейших на данном этапе проектирования.

Принцип работы стенда таков: из пневмосети (Рисунок 6.4) через вентиль 4 в систему подается сжатый воздух, распределительный кран 5 имеет 3-положения плунжера: а) может подавать сжатый воздух в пневмоцилиндр 1 для выдвигания штока 3; б) для его задвигания; в) нейтральное положение. Все эти составляющие размещены в каркасе, который имеет коробчатую сварную конструкцию. Каркас должен жёстко крепиться к полу помещения, для придания устойчивости стенду.

Стенд прототип выполняет операцию по сборке и разборке рессор грузовых автомобилей.

Проектируемый стенд сможет выполнять две операции:

1 – сборка и разборка рессор грузовых автомобилей;

2 – проверка и регулировка сцепления грузовых автомобилей.

1-основание; 2-упор-центратор; 3-шток; 4-пневмоцилиндр.

Рисунок 6.5-Общий вид стенда прототипа

Для увеличения сандартизации изделия используется стандартный пневмотический цилиндр выпускаемый отечественной промышленностью. У проектируемого стенда для выполнения второй операции устанавливается опорная плита на которую будет крепиться проверяемая корзина сцепления. Для ее установки нам пришлось переделать каркас стенда и сделать съемной площадку 2 (рисунок 6.6), на которую ложится разбираемая рессора.

1-каркас стенда; 2-съемная площадка; 3-упор-центратор; 4-шток; 5-направляющая шпилька; 6-опорная плита.

Рисунок 6.6-Общий вид проектируемого стенда

Такое конструктивное решение, как говорилось выше, позволит расширить функциональные возможности стенда.

Съемная площадка 2 с расположенным на ней упором- центратором устанавливается сверху на каркас 1 и фиксируется от смещения четырьмя болтами.

Пневмоцилиндр 8, рисунок 3.4, крепится при помощи четырёх болтов на переднем фланце к опорной плите, а та в свою очередь к каркасу 1 стенда.

Разбираемую рессору (пакет листов, собираемых в рессору) по­мещают между вильчатым упором штока 4 цилиндра и неподвиж­ным упором – центратором 3. При перепрессовке втулок дополни­тельно используют оснастку — втулку для фиксации ушка корен­ного листа или кронштейна (ее вставляют в центратор), съемный стержневой упор штока цилиндра и оправку, посредством которой выпрессовывается изношенная втулка и запрессовывается новая.

Для крепления корзины сцепления на опорную площадку 6 стенда имеются направляющие шпильки 5. Корзина сцепления устанавливается на опорную площадку и фиксируется с помощью зажимных гаек. На штоке пневмоцилиндра закрепляется оправка, которая при втягивании штока будет осуществлять, по средствам нажатия на рычаги, выключение сцепления.

Расчёт начинаем с определения диаметра цилиндра стенда. Основными техническими параметрами, необходимыми для расчета являются:

Толкающее усилие, развиваемое при рабочем

давлении воздуха, кН ………………………………...26

Тянущее усилие, развиваемое при рабочем

давлении воздуха, кН ………………………………...20

Рабочее давление воздуха. МПа…………………….0,5

Скорость перемещения штока, м/с…………………0,3

6.3 Расчёт основных элементов

Расчет пневмоцилиндра

6.3.1.1 Условный проход подводных отверстий в крышках пневмоцилиндра [6] определяется в зависимости от рабочего давления воздуха

d_y = 25 мм = 2,5 см

Присоединительная резба метрическая М32х1,5

6.3.1.2 Площадь условного прохода

; (6.1)

см²

6.3.1.3 Принимаем абсолютную величину давления в полости выхлопа

р_в=0,16 МПа

6.3.1.4 Определяем суммарные потери в аппаратах

; (6.2)

где потери давления в вентиле;

потери давления в распределителе,

.

МПа.

6.3.1.5 Коэффициент расхода [6]

;

где коэффициент расхода, определяемый в зависимости от потерь давления в линии подвода воздуха;

V_n – скорость потока воздуха в трубопроводах, [6] V_n=29 м/с;

удельный вес потока воздуха, [6] Н/м³;

6.3.1.6 Функция параметра нагрузки [6]

6.3.1.7 Диаметр пневмоцилиндра

а) при снятии толкающего усилия

; (6.3)

мм.

б) при снятии тянущего усилия

; (6.4)

где Р₂ – усилие необходимое для выжима сцепления, Р₂ = 20 кН,

см.

Полученное значение D округляем до ближайшего в сторону увеличения по ГОСТ 15608-81. Принимаем пневмоцилиндр с D = 320 мм; d – диаметр штока, d = 80 мм; L – ход поршня, L = 400 мм; d_вн – внутренний диаметр воздуховода, d_вн = 25 мм.

Определение расхода воздуха пневмоцилиндром за один двойной ход поршня

а) расход свободного воздуха

; (6.5)

где l – длина воздуховода от распределителя до пневмоцилиндра, l = 0,8 м,

м³

б) расход сжатого воздуха

; (6.6)

где К_п – коэффициент, учитывающий утечки воздуха в пневмоаппаратах и соединениях, К_п = 1,3,

м³