Лукашук В.С. Нестандартное оборудование вагоносборочного производства. Конструкция, проектирование, расчет

Подождите немного. Документ загружается.

190

=



(

тян

sinα

)



(

+Р

тян

cosα

)



,(8.45)

где α — угол поворота оси гидроцилиндра.

Пользуясь силой Q можно оценить прочность пальца шарнирного

соединения, а также опорных элементов рамы и станины кантователя.

Параметры опорных элементов подбираются по допускаемому удельному

давлению:

=







≤[],(8.46)

где d

— диаметр пальца;

S — суммарная толщина опорных элементов рамы или станины (длина

образующей отверстия);

[q] — допустимое удельное давление, которое для нетермообработанной

стали может быть принято равным до 50 Н/мм

8.5. Кантователи для поворота изделий

на ограниченный угол

Рассмотренные выше кантователи позволяют поворачивать изделия

только в одной плоскости. Однако при сварке сложных узлов вагонов, та-

ких как консоли рам, рамы тележек, надрессорные балки и др., возникает

необходимость в их повороте в двух взаимно перпендикулярных плоско-

стях. Это позволяет придать большинству угловых и тавровых сварных

швов наиболее удобное положение — положение «в лодочку».

Для сварки таких изделий удобны рычажные кантователи с подъемно-

поворотной рамой и одним центральным гидродомкратом (рис. 8.13). От-

личительные особенности таких кантователей — возможность кантовки

изделия в обеих вертикальных плоскостях вокруг одной из четырех осей

что позволяет наклонять изделие в обе стороны (вправо и влево) в каждой

из двух плоскостей, и наличие только одного силового гидроцилиндра,

с помощью которого осуществляется кантовка изделия в любую из четы-

рех сторон.

Изображенный на рис. 8.13 кантователь снабжен крепежной рамой

10 квадратной формы. Рама на каждой из своих четырех сторон имеет два

соосно расположенных опорных, пальца 9, вокруг оси которых она может

поворачиваться под действием центрального гидроцилиндра 2. В горизон-

191

Рис. 8.13. Кантователь для поворота узлов на

ограниченный угол: а — в горизонтальном по-

ложении; б — в наклонном положении

тальном положении рамы

все ее пальцы находятся в

опорных гнездах — вилках

8, закрепленных на фунда-

менте кантователя. Опор-

ные гнезда снабжены за-

мочным устройством в виде

накидных захватных крю-

ков 7. Каждые два крюка

(для пары гнезд и пальцев)

соединены между собой же-

стким валом 6, при повороте

которого крюки либо забра-

сываются на пальцы, замы-

кая гнезда сверху, либо от-

брасываются, освобождая

пальцы для подъема рамы.

Вал с крюками пово-

рачивается вспомогатель-

ным пневмоцилиндром 4,

воздействующим на рычаг 5,

закрепленный на этом валу.

Для поворота рамы вок-

руг какой-либо оси предва-

рительно необходимо забро-

сить крюки на пальцы этой

оси, включив соответствую-

щий пневмоцилиндр 4. Все

другие крюки должны быть

отброшены для освобожде-

ния пальцев остальных трех

осей. Лишь после этого мож-

но включать центральный

гидроцилиндр 2 для поворо-

та рамы вокруг заданной (включенной) оси.

Главный, центральный гидроцилиндр соединен с рамой двухосным шар-

ниром 1 и опирается на фундамент через сферический (шаровой) шарнир 3.

Такая система сопряжения цилиндра с платформой и фундаментом позво-

ляет цилиндру свободно наклоняться в любую сторону, поворачиваясь вок-

руг центра опорного шарового шарнира 3, как показано на рис. 8.13, б.

192

Рис. 8.14. Расчетная схема кан-

тователя для поворота изделий

на ограниченный угол

Усилия, действующие в кантователе, удобнее и проще рассчитывать,

пользуясь масштабной расчетной схемой (рис. 8.14), по которой графически

можно найти величину плеч всех сил с достаточной для практики точно-

стью, а затем по уравнениям моментов определить значения сил.

Основная нагрузка кантователя Q слагается из веса изделия G

и собст-

венного веса рамы G

со всеми ее крепежными устройствами: Q = G

+ G

Усилия на штоке гидроцилиндра Р и на

опорных пальцах платформы S необходимо

определить при двух крайних положениях

рамы — горизонтальном и наклонном под

углом α = 45° и, кроме того, при двух сим-

метричных относительно оси кантователя

положениях центра тяжести поворачивае-

мой массы Q.

Усилие на штоке Р достигает своего наи-

большего значения в первый момент трога-

ния рамы из горизонтального ее положения

при расположении центра тяжести массы Q

слева от центра рамы с эксцентриситетом е



=

+



.(8.47)

По этому усилию рассчитывают диаметр

гидроцилиндра, как в п. 8.4.

В рассмотренном состоянии кантователя

(при левом положении центра тяжести) уси-

лие S

на правых опорных пальцах будет от-

рицательным, давление пальцев будет дей-

ствовать не на опорные гнезда, а на захват-

ные крюки





=−





.(8.48)

Это усилие распределяется на два крюка, в общем случае неравномерно,

в зависимости от величины поперечного эксцентриситета е

по оси YY. Сле-

довательно, максимальное расчетное усилие на крюке будет



=



0,5ℓ +е



ℓ

.

Подставив вместо S

его значение из формулы (8.48), получим

193



=−

е(0,5ℓ +е



)

ℓ

.(8.49)

где ℓ — расстояние между крюками одной пары.

Это же усилие Т

действует и на палец. Однако для того чтобы уста-

новить, является ли оно наибольшим, т.е. расчетным для пальцев, необ-

ходимо определить величину усилия, действующего на пальцы при дру-

гом крайнем положении рамы, в данном случае — при ее наклоне под уг-

лом 45° и расположении центра тяжести справа от центра платформы (см.

рис. 8.14). Такое положение центра тяжести является наиболее опасным

для опорных пальцев.

При наклонном положении рамы и правом е усилие на штоке

Р = Qℓ

/ℓ

, т.е. значительно меньше Р

max

, определяемого выражением

(8.47), так как множитель ℓ

/ℓ

всегда меньше, чем (R + e)/R. При этом ре-

акции в опорных гнездах будут равны:



=−Рcosβ=1−

ℓ



ℓ



cosβ;

=Рsinβ=

ℓ



ℓ



sinβ,

где S

, S

— соответственно вертикальная и горизонтальная реакции.

Суммарная реакция опор (усилие на пальцах платформы при ее на-

клонном положении) определяется выражением











+



=



1−

ℓ



ℓ



cosβ



+

ℓ



ℓ



sinβ



.(8.50)

Учитывая неравномерность распределения этого усилия на два пальца,

зависящую от поперечного эксцентриситета е

, получаем расчетное уси-

лие, действующее на один палец при наклонном положении платформы и

при правом положении эксцентриситета е:



=



0,5ℓ+е



ℓ

.(8.51)

Из двух экстремальных значений усилий на пальце Т

и Т

расчетным

будет большее из них. Исходя из него ведется расчет пальца на изгиб и

срез.

194

Для опорных вилок-гнезд расчетным усилием всегда является величина

, определяемая выражением (8.51). Опорная вилка выполнена в виде стой-

ки, закрепленной на бетонном фундаменте. Гнездо рассчитывается на уде-

ленное давление (как и в п. 8.4):

=







≤[].(8.52)

где d

— диаметр опорного пальца;

s — толщина опорной вилки;

[q] — допускаемое удельное давление.

Рассмотренная конструктивная схема кантователя может быть при-

менена и для поворота изделия относительно одной оси. Например, в тех-

нологии производства крыш вагонов для выполнения сборочных и сва-

рочных работ на участках склонов с внутренней стороны крыши (сбо-

рочное положение — «низом вверх») ее достаточно наклонить пооче-

редно на левый и правый бока на угол примерно 45°. Для этой цели мож-

но применить кантователь по рассмотренной схеме, предусмотрев в нем

вместо квадратной рамы ложемент по форме крыши и возможность по-

ворота его относительно двух параллельных продольных осей при помо-

щи двух цилиндров.

8.6. Кантователи книжечного типа

Одну из разновидностей рычажных кантователей составляют канто-

ватели книжечного типа. Рычаги этих кантователей в процессе работы

складываются и раскрываются наподобие листов книги. Изображенный на

рис. 8.15 кантователь книжечного типа может быть использован для по-

ворота на 180° полотнищ котлов цистерн (под сварку с обратной сто-

роны), полотнищ обшивки и каркасов боковых и торцовых стен и других

плоских узлов.

Основная конструктивная идея рычажно-книжечного кантователя зак-

лючается в наклоне оси приводного гидроцилиндра — домкрата 6 относи-

тельно вертикали и в синхронном повороте рычагов 2, 7, 10, 12 при их

складывании и раскрывании. Благодаря наклону оси гидроцилиндра при

повороте рычагов на 96° происходит кантовка изделия на угол до 192°

(практически на 180°).

Процесс кантовки происходит следующим образом. При повороте пра-

вых рычагов 7 и 72 из положения I в положение II изделие поднимается и

195

Рис. 8.15. Конструктивная схема рычажно-книжечного кантователя:

1 и 8 — левый и правый стеллажи; 2 и 10 — левые поворотные рычаги;

3 — соединительный вал; 4 — шатуны; 5 — направляющие для ползуна;

6 — гидроцилиндр; 7 и 12 — правые поворотные рычаги; 9 — свариваемое по-

лотнище; 11 — опорные подшипники; 13 — верхняя ось шатуна; 14 — головка

шатуна; 15 — соединительный трубчатый вал

196

поворачивается вокруг оси 3 на угол 96° против часовой стрелки. Одно-

временно и синхронно с поворотом правых рычагов поворачиваются по

часовой стрелке левые ненагруженные рычаги 2 и 10, двигаясь навстречу

правым, пока не сомкнутся с ними в наклонном положении II. Этот

встречный поворот рычагов происходит под действием гидроцилиндров 6

при движении их штоков вверх. Затем гидроцилиндры переключаются на

обратный ход, рычаги поворачиваются в обратном направлении и рас-

крываются. При этом, благодаря наклону изделия влево (в положении II),

зажатое рычагами полотнище перекидывается на левые рычаги и вместе с

ними поворачивается и плавно опускается на левый стеллаж 1, где про-

изводится сварка полотнища с обратной стороны.

Синхронность поворота несущих рычагов кантователя (правого и ле-

вого) обеспечивается рычажно-шатунным синхронизирующим механиз-

мом, состоящим их двух шатунов 4, связанных внизу общим шарниром с

головкой штока цилиндра и ползуном. Ползун под действием гидроци-

линдра движется по направляющим 5, расположенным строго соосно с

цилиндром и связанным с опорной станиной кантователя.

Для того чтобы обеспечить одновременный и синхронный поворот

обеих пар рычагов, каждая пара рычагов имеет соединительный вал, же-

стко связывающий два рычага. Левые рычаги 2 и 10 соединены валом 3,

правые — 7 и 12 — соединены трубчатым валом 15.

Расчет рычажно-книжечных кантователей необходимо начинать с оп-

ределения усилий, действующих на основные элементы кантователя, в

том числе на силовые детали рычажного приводного механизма. По этим

условиям определяются размеры деталей и необходимая грузоподъем-

ность приводного гидро- или пневмоцилиндра.

Исходными данными для расчета являются нагрузка кантователя,

представленная в виде веса изделия и положения его центра тяжести, и

кинематическая схема приводного рычажного механизма.

Требуется определить: усилие Р на шатуне кривошипно-ползунного

механизма; усилие на штоке приводного гидроцилиндра, являющееся в то

же время и грузоподъемностью цилиндра; усилие Р

на ползуне, переда-

ваемое на направляющие как изгибающая сила; усилие, действующее на

ось главного шарнира поворотных рычагов кантователя. Расчетными яв-

ляются наибольшие из возможных значений этих усилий и моментов.

Так как в рассматриваемом кантователе (см. рис. 8.15) одновременно

работают два приводных двухрычажных механизма, то расчет следует

вести для одного механизма, исходя из половины нагрузки кантователя.

197

Рис. 8.16. Расчетная схема рычажно-

книжечного кантователя: 1 — рычаг

кантователя; 2 — шатун; 3 — ползун;

4 — шток; 5 — гидроцилиндр

Рассматриваемый механизм, не-

смотря на наличие в нем двух симмет-

рично расположенных рычагов, рабо-

тает как однорычажный кривошипно-

ползунный механизм. При этом во

время складывания рычагов он рабо-

тает на подъем (правым рычагом), а

при опускании рычагов — на тормо-

жение (левым рычагом). На расчетной

схеме (рис. 8.16) механизм изображен

как кривошипно-ползунный, работа-

ющий на подъем.

При неизменной заданной нагруз-

ке кантователя усилия в его элемен-

тах, а также изгибающие моменты яв-

ляются величинами переменными, за-

висящими от угла поворота рыча-

гов кантователя α. Чтобы найти их

максимальные значения, необходимо

произвести соответствующий кине-

матический или аналитический анализ

механизма.

Усилие на шатуне и его шарнирах Р можно найти из уравнения мо-

ментов относительно оси главного шарнира: GН = Ph. Подставив сюда

Н = Rcosα, получим GRcosα = P h , отсюда

Р =



ℎ

cosα,(8.53)

где h и cosα — переменные величины.

Поперечное (по отношению к направляющим) усилие на ползуне



=Рsinφ =



ℎ

cosαsinφ.(8.54)

Усилие на штоке без учета трения ползуна



=Рcosφ =



ℎ

cosαcosφ.(8.55)

198

Полное усилие на штоке с учетом силы трения ползуна

=Р



+Р





ℎ

cosα(cosφ +sinφ).(8.56)

где f — коэффициент трения ползуна о направляющие.

По усилию Q рассчитывают диаметр гидроцилиндра для случая работы

его в толкающем режиме (см. п. 8.4).

Кинематический анализ схемы механизма показывает, что усилия на ша-

туне и штоке Р и Q, а следовательно, и на оси главного шарнира О имеют

наибольшие значения в момент трогания рычагов при срабатывании канто-

вателя на подъем, т.е. когда α = 0. Поперечная сила на ползуне Р

сначала

плавно возрастает, достигая максимума при α = 40°, после чего резко снижа-

ется. Именно эти значения угла поворота рычагов необходимо принять при

расчете усилий.

Расчет шатуна и его шарниров ведется исходя из усилия Р. Ось шатуна

13 (см. рис. 8.15) рассчитывается на изгиб и удельное давление. Мак-

симальные напряжения в оси при изгибе

Р

4∙0,1



.(8.57)

Удельное давление в шарнире

=



ℓ

.(8.58)

Здесь L — расстояние между опорами оси;

ℓ — ширина головки шатуна;

— диаметр оси.

Наибольшее усилие S , действующее на ось главного шарнира рычагов,

определяется из условия равновесия сил при α = 0 (рис. 8.17). Вертикальная

составляющая этого усилия S

= Р

cosβ – G. Горизонтальная составляющая

= Р

cosβ. Суммарное усилие













+



.(8.59)

199

Рис. 8.11. Расчетная схема ры-

чага книжечного кантователя

Подставляя в выражение (8.59) вместо

и S

их значения, найденные выше, и

принимая cosβ = 1 в виду малости угла β,

получаем

=



(Р



−)



+Р



.(8.60)

Центральная ось кантователя (сплош-

ная), соединяющая рычаги 2 и 10 (см.

рис. 8.15), работает на изгиб с наиболь-

шим напряжением в начальный момент

подъема груза, равным:



0,1



,(8.61)

где а — плечо изгиба, т.е. осевое расстояние от рычага 7 или 12 до бли-

жайшего подшипника 11 (см. рис. 8.15);

d — диаметр центральной оси.

Главные рычаги кантователя работают на изгиб под действием гру-

зового момента М = Gℓ

, где ℓ

— плечо изгиба по рис. 8.17.

Ответственным является также расчет на прочность и жесткость ста-

нины подъемного механизма и направляющих для ползуна, которые на-

ходятся под действием поперечной изгибающей силы Р

. Исходя из этой

нагрузки и выбранной конструкции опорной станины направляющие и

станина рассчитываются на изгиб, а ползун и плоскости скольжения — на

допускаемое удельное давление, которое для кантователей можно при-

нимать равным [q] = 2,0...2,5 Н/мм

Кантователи книжечного типа можно использовать не только для по-

ворота изделий, но и для перемещения изделий путем перекладки их на

другое рабочее место. Например, если правые рычаги кантователя (см.

рис. 8.15) разместить в стенде для сборки каркаса боковой стены и парал-

лельно установить еще один кантователь так, чтобы его зона об-

служивания перекрывала зону левых рычагов первого кантователя, то в

таком устройстве можно будет сварить каркас стены во всех положениях,

а затем переложить его на полотно обшивки в стенд для сборки каркаса с

полотном.