Механическое оборудование для производства строительных материалов и изделий

КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ (КОЛЕНО-РЫЧАЖНЫЙ) ПРЕСС

ВНИИСтройдормашем запроектирован кривошипно-шатунный пресс СМ-301, получивший наибольшее распространение при полусухом прессовании изделий.

Пресс предназначен для прессования керамических изделий из массы влажностью 8—12%. Он имеет два прессующих механизма, каждый из кото­рых рассчитан на одновременное изготовление четырех кирпичей.

В прессе производится двустороннее прессование, которое осуществляется при неподвижных нижних штампах за счет перемещения форм, установленных на пружинах. Двухступенчатое прессование производится при постоянном заданном давлении, контролируемом гидравлическим регулятором. Удельное давление прессования при изготовлении стандартного кирпича равно 200 кг/см2.

Общий вид пресса показан на фиг. 124. На фиг. 125 показана кинемати­ческая схема, в которой прессующие механизмы развернуты на 90° от сере­дины, при этом правый прессующий механизм (верх фигуры) изображен в момент окончания прессования, а левый (нижняя часть фигуры) — в момент подъема штемпелей и сталкивания отформованного кирпича наполнительным ящиком.

От электродвигателя 1 мощностью 28 кет вращение передается через фрикционную муфту 2 двухступенчатому редуктору 3. Затем через зубчатые муфты 4 и шестерни 5 приводятся во вращение зубчатые колеса 6, консольно насаженные на коленчатом валу 7.

На ступицы зубчатых колес 6 посажены кулаки 20 механизма передвиже­ния каретки. Коленчатый вал 7 соединен шатуном 8 с трехзвенным колено­рычажным механизмом 9 и штемпелем 10, совершающим возвратно-поступа­тельное движение в вертикальной плоскости. Из схемы видно, что шейки коленчатого вала 7 повернуты по отношению друг к другу на 180°.

К зубчатым колесам 6 прикреплены профильные кулаки 11, периодически воздействующие при своем вращении на ролик 12 механизма выталкивания, представляющий собой систему рычагов 13—16, связанную с ползуном 17 и нижним штемпелем 18. Под ползуном выталкивателя расположен блок из гидравлических цилиндров 19, на которые при прессовании опираются концы штоков нижних штемпелей.

В» пазу кулака 20 обкатывается ролик 21, связанный рычагами 22 и 23 с наполнительным ящиком 24, который при своем перемещении сдвигает со стола пресса отпрессованные изделия и засыпает массу в форму.

Рычаг 15 механизма выталкивания соединен штоком 25 с механизмом регулирования величины засыпки глиняной массы. Механизм регулирования, состоящий из электродвигателя 26, редуктора 27 и пружинного буфера 28, обеспечивает регулирование глубины засыпки механически с пульта управ­ления. Работа пресса происходит следующим образом: порошок по рука­вам 29 (фиг. 124) поступает в промежуточный бункер и затем в каретку 24, которая затем надвигается Нгі форму. В этот момент нижние штемпели начи­нают опускаться, освобождая ячейки формы для заполнения их массой. Далее начинает опускаться верхний штемпель (происходит процесс прессо­вания). Давление прессования через массу передается на нижние штемпели, опирающиеся через штоки на поршни гидроцилиндров 19. По мере прессо­вания массы возникают силы трения массы о стенки пресс-формы. Под дей­ствием этих сил форма, установленная на пружинах, начнет опускаться, чем обеспечивается двустороннее прессование. При достижении установлен­ного давления начинается перепуск масла из гидроцилиндра в специальный бак, вследствие чего дальнейшего увеличения давления прессования не про­исходит. Конструкция кривошипно-шатунного механизма выполнена так,

14 Сапожников

что он работает с переходом через вертикальную ось прессующего механизма. Таким образом, за один оборот коленчатого вала верхние штемпели два раза

заглубляются в форму, обеспечивая тем самым двухступенчатое прессо­вание. После прессования изделий происходит их выталкивание путем подъема нижних штемпелей.

Расчет пресса производим по методике, предложенной ВНИИ- Стройдормашем. Исходными пара­метрами для расчета пресса явля­ются кривая прессования, выра­жающая зависимость удельных давлений от величины осадки массы, и суммарная площадь из­делий, на которую должно пере­даваться прессовое давление.

Для пресса принимаем кривые прессования для порошкообразных глиняных масс с влажностью 8,1 и 11,15% (фиг. 107).

Из диаграмм видно, что мак­симальное удельное давление

при осадке от 55 до 70 мм и со­ответствующих влажностях дости­гает 200 кг/см2.

В зависимости от движения штемпелей, обусловленного поло­жением отдельных звеньев прессу­ющего механизма в разных стадиях цикла, меняются осадка и соответ­ствующие ей удельные давления прессования.

Так как прессование выпол­няется в две ступени, то можно построить две кривые изменения удельного давления в зависимости от угла поворота коленчатого вала для первой и второй ступеней прессования.

Эти кривые, а также кривая удельных давлений при выталкивании сырца показаны на фиг. 126. На фиг. 127 дана цикловая диаграмма.

Определение усилия Р в нижнем прессующем рычаге. На фиг. 128, а изображена расчетная схема для определения усилий Р, действующих в ниж­нем прессующем рычаге.

Уравнения проекций ‘сил на осях координат X—X и Y—Y имеют сле­дующий вид:

^ X = N cos а — Pf — Q sin а — Nf sin а = 0; (341)

= Р — iVsina — Q cos a — Nf cos a = 0, (342)

где N — реакция направляющей крейцкопфа;

Nf — сила трения о направляющие крейцкопфа;

Pf — сила трения о шарнир от действия силы Р; f — коэффициент трения скольжения; принимаем f — 0,08; а — угол между вертикальной осью и нижним прессующим рычагом. Решая эту систему уравнений, получим

Р = о Г2 кг. (343)

cos a — 2/ sin a — /2 cos a v '

Полученная формула справедлива для расчетных схем предварительного (от 229 до 2'90°) и окончательного (от 320 до 0°) прессования (фиг. 127).

14*

В расчетной схеме не учитывается момент трения от силы Pf вокруг оси шарнира. Условно принимаем, что сила трения Pf приложена непосредственно к оси шарнира, так как абсолютная величина этой погрешности невелика.

Определяем величину Р при угле поворота коленчатого вала, например, 340°:

168-338-4

0,99847.2-0,08-0,05524 — 0,082-0.99847

Сумма моментов сил, приложенных в верхней части шатуна, относительно точки О выражается следующим уравнением:

2 Лї0 = Ра — pfb — р’с — p, Qd = °>

где Р' — сила трения в верхнем шарнире от силы Р':

а, Ъ, с, d — плечи;

Q — приведенный коэффициент трения.

Приведенный коэффициент трения можно определить из следующего уравнения:

P’qR = P'fR + P'fr, (345)

где Я — длина верхней части шатуна (R = 37,5 см) г — радиус шарнира (г = 10 см).

Подставив соответствующие числовые значения в уравнения, получим

Р'Є-37,5 = Р7-37.5 + Р7-Ю,

откуда

Є = 1,27 f = 1,27-0,08 = 0,1016. Из уравнения (344) получим

D' ___ D Iа fb

Эта формула справедлива при угле поворота коленчатого вала (3 = 240 - f-290° (первое прессование).

При угле поворота коленчатого вала, соответствующего окончательному прессованию (320—0°), получим

Р'~Р “• (348)

Определяем величину Р', например, при положении коленчатого вала 340°:

Р' = 230800 (■ТщЕщиЬ) = 260000 «г.

Определение окружных сил Рвкр и радиальных R, действующих на шатун. На фиг 129 изображена расчетная схема для определения окружных сил Рокр и радиальных R, действую­щих на шатун.

Рассмотрим силы, прило­женные к шатуну.

Уравнения проекций сил на оси координат X—X и Y—Y имеют следующий

вид:

= Р cos (ф — 90°) +

-f - Pf sin (ф — 90°)—Р' cos X X (90° — ш) + Р'б sin х X (90° — ю) + Рокр = 0; (349)

^ Y =■ —Р sin (ф — 90°) - f - Фиг. 129. Схема для определения окружных и ради - ^ , альных сил, действующих на шатун.

+Pf cos (ф — 90°) — Р sin х

X (90°— щ) — P'Q cos (90° — ш) + R = 0, (350)

откуда

Рокр = Р' [cos (90° — (о) — Q sin (90° — to) ] —

—Р [cos (ф — 90°) + f sin (ф — 90°)] кг (351)

R = Р [sin (ф — 90°) — f cos (ф — 90°) +

+ Р' [sin (90° — to) + Q cos (90° — to) ] кг. (352)

Величины углов ф и № определяются графически.

Выведенные формулы справедливы для угла поворота коленчатого вала Р = 340°.

Подставляя соответствующие значения, получаем

Р0кр ~ 24 500 кг и R = 49 200 кг.

Крутящий момент определяем по формуле

Мкр^ Рокр-г кгсм, (353)

где г — радиус кривошипа (г = 250 мм).

Подставив соответствующие значения величин, получим

Мкр = 24 500-25 612 500 кгсм.

По приведенному выше методу строят расчетные схемы для разных углов поворота коленчатого вала и соответствующих им этапов первой и второй ступеней прессования и определяют усилия в звеньях прессующего механизма, окружное усилие и крутящий момент.

Результаты расчетов приведены в табл. 10.

Определение максимального крутящего момента на ведомом зубчатом колесе в момент начала выталкивания кирпичей из формы. На фиг. 130 показана расчетная схема для случая, когда выталкивание кирпичей из формы производится при работе пресса на максимальной глубине засыпки Атах = = 160 мм.

Из уравнения моментов относительно точки А имеем

Qebima = St, (354)

где Qebim — сила, необходимая для выталкивания спрессованного кир­пича из формы;

5 — усилие, приложенное к концу рычага; а, I — плечи сил.

Из уравнения (354) определяем величину S:

S = Qebim-^. (355)

Из уравнения моментов относительно точки В находим

Nm = Sk, (356)

где N — усилие, действующее на ролик при перемещении по кривой кулака; т, к — плечи сил.

Из уравнения (356) определяем величину N:

N = S —.

Подставляя значения S, получаем

выт 1т •

Сумма проекций сил N, к и Рокр на ось х — х выражается следующим Уравнением:

Е* = Рокр — N sin <f> = 0,

откуда

Рокр = N sin ф.

Подставляя значения N, получим

Р

,, ак sin ф

Крутящий момент на валу большой шестерни от усилий выталкивания кирпичей одного прессующего механизма выражается следующим уравне­нием:

М = Рокр-г-п, (362)

где г — плечо силы Рокр

п — поправочный коэффициент, соответствующий к. п. д. передачи (для г] = 0,69 п = 1,45).

Сделав соответствующие преобразования, получим

Л/1 V, СЕК Sin ф /77 /о/го-»

М = Qeam X ------------------- кгсм. (363)

Максимальное удельное давление выталкивания принято равным q = = 14 кг! cm?, что соответствует 7% удельного давления прессования, равного 200 кг/см2.

Следовательно,

Qebim = 0,07Q„pef = 0,07-270 000 = 18 900 кг. (364)

Введя поправку на возможную запрессовку, получим

<?i = KQebm = 1,5Qeban = 28 350 кг. (365)

Величина максимального крутящего момента в начале выталкивания будет равна

лл ооэсп 30■ 4§,8• 0,3624-87■ 1,45 ппп

М = 28 350-------- —-4-.-.,------- — = 630 000 кгсм.

77,4-40

Определение среднего крутящего момента за одни оборот каждого из коленчатых валов. По величинам крутящих моментов на коленчатом валу, приведенным в табл. 10, и величине максимального крутящего момента в начале выталкивания кирпичей, найденной выше, строим диаграмму кру­тящих моментов, действующих на ведомом зубчатом колесе одного прессую­щего механизма, за цикл (фиг. 131, а).

По диаграмме для одного прессующего механизма строим совмещенную диаграмму (фиг. 131, б) крутящих моментов, действующих на ведомые зубча­тые колеса обоих прессующих механизмов, за один оборот коленчатых валов (циклы смещены по фазе на 180°).

На обеих диаграммах крутящих моментов ввиду малых значений не отра­жены моменты от перемещения каретки.

Средний крутящий момент на обоих ведомых зубчатых колесах, прихо­дящийся за один оборот каждого из коленчатых валов, определяем по фор­муле

Мср = " кгсм, (366)

где ЛС — средний крутящий момент на участке, ограниченном определен­ным количеством а„ град.

На диаграмме: участок 0—42,5° —

Мр = р380(М-9070 j 42,5 = 1 120000 кгсм-град;

участок 42,5°—48° —

МСР /420 000 + 31 500 с с,,плппл д

М2 = 1------------- ^--------- j 5,5 = 1 400000 кгсм-град;

участок 340 — 350° —

..ср ( 612 500 + 524 000 оСп,

М2 = (------------- —g------------ ) 10 = 5о8 250 кгсм-град;

участок 350 — 360° —

2Мср = 50 270 000 кгсм-град-,

л л г 50 270 000 о7п ппп Мср = —18Q— = 279 000 кгсм.

Учитывая при определении среднего крутящего момента действия отрица­тельных крутящих моментов, способствующих вращению коленчатых валов

под влиянием собственного веса подвижных частей прессующих механизмов, принимаем

Мср = 270 000 кгсм.

Определение мощности электродвигателя. Средний крутящий момент Мср = 270 000 кгсм Момент, приведенный к валу двигателя,

Мг

где і — передаточное отношение привода і = 98; г] — к. п. д. привода; принимаем т] = 0,93;

.. 270 ООО Qnnn

« — 98-0,93 — кгсм.

Средняя мощность на валу электродвигателя

, Мвп 97 500’

где п — число оборотов электродвигателя, принимаемое обычно равным 960 в минуту;

.. 3000-960 оп с

Nср gy gQQ 29,5 кет.

Принимаем стандартный электродвигатель мощностью 28 кет с учетом 5% кратковременной перегрузки.