Projekt i produkcja prasy hydraulicznej o nacisku 30 ton

Abstrakcyjny

Próbując złagodzić problem niedoboru sprzętu w naszych laboratoriach w większości naszych wyższych uczelni, 30-tonowy prasa hydrauliczna został zaprojektowany, skonstruowany i przetestowany przy użyciu materiałów pochodzących z lokalnych źródeł.Główne parametry projektu obejmowały maksymalne obciążenie (300 kN), odległość, jaką musi pokonać opór obciążenia (skok tłoka, 150 mm), ciśnienie w układzie, powierzchnię cylindra (średnica tłoka = 100 mm) i natężenie przepływu płynu roboczego.Główne elementy zaprojektowanej prasy obejmują układ cylindrów i tłoków, ramę i obwód hydrauliczny.Wydajność maszyny została przetestowana pod obciążeniem 10 kN zapewnianym przez dwie sprężyny naciskowe o stałym nacisku 9 N/mm, każda, rozmieszczone równolegle pomiędzy górną i dolną płytą, i stwierdzono, że jest ona zadowalająca.stalowa śruba mocowana do płyty dolnej prasy hydraulicznej poddawana jest działaniu dużych sił udarowych.śruba ta ma średnicę główną 14 mm i skok 2 mm.ma długość 300 mm, a nakrętka przenosi energię uderzenia 4500 n-mm.zastosowaną śrubę pokazano na rysunku 1b.gwint jest nacięty na pełną średnicę 14 mm.stosując zasady dfm, zaprojektuj lepszą śrubę, która może zmniejszyć naprężenie w obszarze stopieniu do 245 mpa w porównaniu ze standardowym naprężeniem w obszarze stopiwa wynoszącym 290 mpa.pokaż obliczenia.

1. Wstęp

Rozwój inżynierii na przestrzeni lat polegał na poszukiwaniu coraz wydajniejszych i wygodniejszych sposobów pchania i ciągnięcia, obracania, pchania i kontrolowania ładunku o masie od kilku kilogramów do tysięcy ton.Aby to osiągnąć, powszechnie stosuje się prasy.

Prasy, zgodnie z definicją Langego, to obrabiarki wywierające nacisk.Można je podzielić na trzy główne kategorie: prasy hydrauliczne działające na zasadzie ciśnienia hydrostatycznego, prasy śrubowe wykorzystujące śruby napędowe do przenoszenia mocy oraz prasy mechaniczne wykorzystujące kinematyczne połączenie elementów do przenoszenia mocy.

W prasie hydraulicznej wytwarzanie, przenoszenie i wzmacnianie siły osiąga się za pomocą płynu pod ciśnieniem.Układ płynny ma cechy ciała stałego i zapewnia bardzo pozytywne i sztywne medium do przenoszenia mocy i wzmocnienia.W prostym zastosowaniu mniejszy tłok przenosi płyn pod wysokim ciśnieniem do cylindra o większej powierzchni tłoka, zwiększając w ten sposób siłę.Umożliwia łatwe przesyłanie dużej ilości energii przy praktycznie nieograniczonym wzmocnieniu siły.Ma również bardzo niski efekt bezwładności.

Typowa prasa hydrauliczna składa się z pompy zapewniającej siłę napędową płynu, samego płynu będącego nośnikiem przenoszenia mocy poprzez przewody i złącza hydrauliczne, urządzeń sterujących oraz silnika hydraulicznego, który zamienia energię hydrauliczną na użyteczną pracę w punkcie rezystancji obciążenia.

Główną zaletą pras hydraulicznych w porównaniu z innymi typami pras jest to, że zapewniają one bardziej pozytywną reakcję na zmiany ciśnienia wejściowego, można dokładnie kontrolować siłę i ciśnienie, a cała wielkość siły jest dostępna podczas całego skoku roboczego prasy. podróż baranem.Prasy hydrauliczne są preferowane, gdy wymagana jest bardzo duża siła nominalna.

Prasa hydrauliczna jest nieocenionym sprzętem w warsztatach i laboratoriach, zwłaszcza przy operacjach montażu wtłaczania i odkształcaniu materiałów, np. w procesach formowania metali i badaniu wytrzymałości materiałów.Spojrzenie na warsztat w Nigerii pokazuje, że wszystkie tego typu maszyny są importowane do tego kraju.Dlatego też zamierza się zaprojektować i wyprodukować prasę, która jest tania i sterowana hydraulicznie, przy użyciu materiałów pochodzących z lokalnych źródeł.Pomoże to nie tylko odzyskać utracone środki w postaci dewiz, ale podniesie poziom naszej lokalnej technologii w zakresie eksploatacji hydraulicznych przekładni napędowych.

2. Metodologia projektowania

Systemy zasilania płynami są projektowane w oparciu o cel.Podstawowym problemem do rozwiązania przy projektowaniu układu jest przełożenie pożądanej wydajności układu na ciśnienie hydrauliczne układu.

Rys. 1. Schemat ideowy prasy hydraulicznej.objętościowego natężenia przepływu i dopasowanie tych charakterystyk do dostępnego wejścia do systemu w celu podtrzymania działania.

Główne parametry projektu obejmowały maksymalne obciążenie (300 kN), odległość, jaką musi pokonać opór obciążenia (skok tłoka, 150 mm), ciśnienie w układzie, powierzchnię cylindra (średnica tłoka = 100 mm) i natężenie przepływu płynu roboczego.Do najważniejszych elementów wymagających zaprojektowania zalicza się cylinder hydrauliczny, ramę i obwód hydrauliczny (rys. 1).

2.1.Projekt komponentów

● Cylinder hydrauliczny:

Cylindry hydrauliczne mają konstrukcję rurową, w której tłok ślizga się, gdy wprowadzany jest do niego płyn hydrauliczny.Wymagania projektowe obejmują minimalną grubość ścianki cylindra, pokrywę końcową, grubość kołnierza oraz specyfikację i dobór liczby i rozmiarów śrub.Wymagana siła wyjściowa cylindra hydraulicznego oraz dostępne do tego ciśnienie hydrauliczne określają powierzchnię i średnicę cylindra oraz minimalną grubość ścianki.

● Płyta pokrywy końcowej cylindra:

Grubość T pokrywy końcowej, która jest podparta na obwodzie śrubami i poddana ciśnieniu wewnętrznemu równomiernie rozłożonemu na powierzchni, jest określona przez równanie.(2) za Khurmi i Gupta (1997), jako: T = KD(P/δt) 1/2, (2) gdzie: D = średnica pokrywy końcowej (m), 0,1;K = współczynnik zależny od materiału płyty, 0,4, według Khurmi i Gupta (1997);P = wewnętrzne ciśnienie płynu (N/m2), 38,2;δt = dopuszczalne naprężenie obliczeniowe otuliny.materiał płyty, 480 N/m2 ;z którego obliczono grubość płyty na 0,0118 m.

● Śruba:

Pokrywa cylindra może być zabezpieczona za pomocą śrub lub kołków.Możliwy sposób mocowania pokrywy za pomocą śrub pokazano na rys. 2. Aby znaleźć właściwy rozmiar i liczbę śrub n, które należy zastosować, należy skorzystać z poniższego równania.(3) zastosowano w formie przejętej od Khurmi i Gupty (1997): (πDi 2 /4)P = (πdc 2 /4)δtbn, (3) gdzie;P = wewnętrzne ciśnienie płynu (N/m2);Di = średnica wewnętrzna cylindra (m);dc = średnica rdzenia śruby (m), 16 × 10-3 m;δtb = Dopuszczalna wytrzymałość śruby na rozciąganie.

Jeśli znany jest rozmiar śruby, można obliczyć liczbę śrub i odwrotnie.Jeśli jednak wartość n zostanie uzyskana.powyżej jest nieparzysta lub ułamkowa, wówczas przyjmowana jest kolejna, wyższa liczba parzysta.Obliczono, że liczba śrub wynosi 3,108, dlatego wybrano cztery śruby.Szczelność połączenia cylindra z pokrywą końcową zależy od podziałki obwodowej Dp śruby, która została obliczona jako 0,0191 m z równania.(4): Dp = Di + 2t +3Dc, (4) gdzie: t = grubość ścianki cylindra (m), 17 × 10-3.

● Kołnierz cylindra:

Konstrukcja kołnierza cylindra zasadniczo polega na uzyskaniu minimalnej grubości tf kołnierza, którą można określić na podstawie uwzględnienia zginania.Działają tu dwie siły, jedna wynikająca z ciśnienia płynu, a druga, która ma tendencję do oddzielania kołnierza na skutek uszczelnienia, któremu musi stawić opór naprężenie wytwarzane w śrubach.Z równania obliczono, że siła próbująca oddzielić kołnierz wynosi 58,72 kN.(5): F = (π/4)D1 2 P, (5) gdzie: D1 = średnica zewnętrzna uszczelnienia, 134 × 10-3 m.

● Określanie grubości kołnierza:

Grubość kołnierza, tf, można obliczyć biorąc pod uwagę ugięcie kołnierza wokół przekroju AA będącego odcinkiem, wzdłuż którego kołnierz jest najsłabszy pod względem zginania (rys. 3).To zginanie jest spowodowane siłą działającą na dwie śruby i ciśnieniem płynu wewnątrz cylindra.

Dlatego równanie.(6) dało grubość kołnierza 0,0528 m: tf = (6M)/(bδf), (6) gdzie: b = szerokość kołnierza w przekroju AA, 22,2×10-3 m;δf = naprężenie ścinające materiału kołnierza, 480 N/m2;M = Wynikowy moment zginający, 5144,78 Nm.

● Tłok:

Na wymagany rozmiar kolumny tłoczyska niezbędny do utrzymania przyłożonego obciążenia i zgodny z linią środkową otworu cylindra zależy od wytrzymałości materiału tłoczyska, siły przyłożonej do kolumny tłoczyska w kompresji, sytuacji montażowej samego cylindra i skoku, na który ma zostać przyłożone obciążenie.

Procedurę obliczania wielkości kolumny tłoczyska i długości cylindra w warunkach ciągu końcowego wykonano przy użyciu procedury zaproponowanej przez Sullivana.Dzięki temu uzyskano tłoczysko o średnicy nie mniejszej niż 0,09 m uznane za odpowiednie dla projektu.

● Wybór uszczelek:

Uszczelnienia służą do zapobiegania wyciekom wewnętrznym i zewnętrznym w systemie w zmiennych warunkach pracy pod ciśnieniem i prędkością.Wybrane uszczelnienie statyczne wykorzystuje zasadę rowka i pierścienia, aby wpłynąć na uszczelnienie.Obliczany jest wymiar rowka tak, aby wybrany Oring miał zostać ściśnięty o 15-30% w jednym kierunku i równy 70-80% swobodnej średnicy przekroju poprzecznego.Problem przy wyborze uszczelnienia statycznego polega na określeniu rowka tak, aby można było ścisnąć O-ring w jednym kierunku i rozszerzył się w innym, Dlatego;dla uszczelki określono wymiar rowka 4 mm × 3 mm.

2.2.Projekt ramy

Rama zapewnia punkty mocowania i utrzymuje właściwe wzajemne położenie zespołów i zamontowanych na niej części przez cały okres eksploatacji we wszystkich określonych warunkach pracy.Zapewnia również ogólną sztywność maszyny (Acherkan 1973).Projekt uwzględnia bezpośrednie napięcie wywierane na filary.Inne elementy ramy, takie jak płyty (jak w naszym przypadku) poddawane są prostym naprężeniom zginającym.

● Płyta dociskowa:

Górna i dolna płyta stanowią punkt bezpośredniego kontaktu z ściskanym przedmiotem.W związku z tym są one poddawane czystym naprężeniom zginającym w wyniku równej i przeciwnej pary działającej w tej samej płaszczyźnie wzdłużnej.Projektowanie rozważania dotyczą zasadniczo zginania i polegają przede wszystkim na określeniu największej wartości momentu zginającego (M) i siły ścinającej (V) powstającej w belce, która wynosi odpowiednio 45 kN/m i 150 kN.Te obliczono stosując przyjętą procedurę.

● Moduł przekroju:

Uzyskane wartości V i M ułatwiają obliczenie modułu przekroju płyt.Daje to minimalną głębokość (grubość) d i została obliczona na 0,048 m z równania.(7): d = [(6M)/(δb)]1/2, (7) gdzie;M = maksimum moment zginający 45 kN/m;b = 600 × 10-3 m;δ = 480 × 106 N/m2.

2.3.Pompa

Początkowym parametrem projektu jest oszacowanie maksymalnego ciśnienia tłoczenia płynu wymaganego w cylindrze, a następnie dodawany jest współczynnik uwzględniający straty spowodowane tarciem w układzie.Otrzymano wartość 47,16 × 106 N/m2.

Działanie pompujące uruchamiane jest za pomocą układu dźwigni.Rzeczywista długość dźwigni wynosiła 0,8 m.Obliczono to, zakładając maksymalny teoretyczny wysiłek i moment wokół punktu podparcia.

3. Szczegółowa procedura produkcyjna

Stal o przekroju U w kształcie litery U o wymiarach 200 mm × 70 mm zakupiono lokalnie od dostawcy stali konstrukcyjnej, a dwie płyty stalowe o wymiarach 200 × 400 × 40 mm zakupiono na złomowisku w Benin City w Nigerii.Po określeniu głównych wymiarów krytyczne sekcje z projektu, w warsztacie, w którym wykonano ramę, wycięto ze stali dwie sekcje o długości 2800 mm za pomocą piły do ​​metalu.Ze złomowiska pozyskano także rurę Φ150 mm o średnicy wewnętrznej Φ90 mm został znudzony i dotarł na tokarce do Φ100 mm.Otrzymano również rurową rurę ze stali miękkiej o grubości Φ70 mm i 15 mm, która została obrócona na jednym końcu do Φ60 mm, aby pomieścić uszczelkę i obudowę uszczelnienia.Tłok i cylinder zostały zmontowane i mocowane do podstawy ramy za pomocą wcześniej zespawanych ze sobą śrub.Zastosowano także prowadnicę wykonaną z rury stalowej, która umożliwia prosty, pionowy ruch płyty dociskowej.Płyty dociskowe wykonano ze stali na obu końcach wywiercono dwa otwory o średnicy Φ20 mm w celu przejścia prowadnicy.Dolna płyta została zamontowana na górze tłoka i utrzymywana w odpowiednim położeniu za pomocą wykonanego na niej wgłębienia.Pierścień kalibracyjny został również wyprodukowany z 10 mm grubości blachy ze stali miękkiej i umieszczono ją pomiędzy górną płytą a poprzeczką prasy, jak pokazano na ryc. 1.

3.1.Wynik testu wydajności

Poddawanie produktów inżynieryjnych testom po wytworzeniu jest normalną praktyką.Jest to znaczący krok w procesie produkcyjnym.W ramach testów produkt jest sprawdzany pod kątem spełnienia wymagań funkcjonalnych, identyfikowany problemy produkcyjne, ustalenie rentowności ekonomicznej itp.

Dlatego też przeprowadza się testy w celu wykazania skuteczności produktu.W przypadku prasy hydraulicznej najważniejszym testem jest test szczelności.Test rozpoczął się od wstępnego zalania pompy.Następnie przepompowano płyn. Dokonano tego w warunkach bez obciążenia.Maszynę pozostawiono w tej pozycji na dwie godziny.

Następnie maszynę poddano obciążeniu 10 kN zapewnianemu przez dwie sprężyny naciskowe o stałym nacisku 9 N/mm każda, rozmieszczone równolegle pomiędzy płytami dociskowymi.Sprężyny następnie ściśnięto osiowo do długości 100 mm.Taki układ był pozostawiono na dwie godziny i obserwowano pod kątem wycieków.Nie stwierdzono nieszczelności układu, ponieważ dolna płyta nie spadła z położenia początkowego.

4. Wniosek

Zaprojektowano, wyprodukowano i skalibrowano 30-tonową prasę hydrauliczną.Maszyna została przetestowana w celu zapewnienia zgodności z założeniami projektu i użyteczności.Stwierdzono, że maszyna działała zadowalająco przy obciążeniu próbnym 10 kN.Dalej nie przeprowadzono jeszcze testów obciążenia projektowego.

5. Analiza awarii

5.1 Przegląd

Aby przeanalizować awarię cylindra głównego czterokolumnowej prasy hydraulicznej, na uwagę zasługują następujące zagadnienia:

● Dogłębna analiza schematu układu hydraulicznego, w połączeniu z odpowiednią tabelą działania elektromagnesu i powiązanymi schematami obwodów, pozwala opracować kompletny mechanizm roboczy obwodu, a jednocześnie poprawnie zrozumieć intencje i pomysły projektowe obwodu, specyfikację techniczną podjęte środki i związane z nimi konteksty.

● Odpowiada schematowi działania prasy hydraulicznej i rzeczywistemu obiektowi, tworząc określone wrażenie, rurociąg w obwodzie hydraulicznym, schemat często bardzo różni się od rzeczywistego obiektu.Jeśli to możliwe, wyjaśnij związek pomiędzy zmową otworów zaworów na płycie zaworowej a oporem bariery.Czynniki te są ściśle powiązane z kontrolą obwodu.

●Odwołaj się do odpowiednich książek i materiałów, aby znaleźć podstawę do oceny właściwości urządzeń hydraulicznych, a następnie je oceń.

●Zgodnie z odpowiednimi stronami internetowymi, książkami i instrukcjami obsługi sprzętu, zbadaj mechanizm awarii i powiązane metody testów analitycznych.

●Analiza braku ciśnienia trzymania w cylindrze głównym

Jak pokazano na rysunku, główny cylinder czterokolumnowej maszyny hydraulicznej wykorzystuje zawór napełniania cieczą, aby uzyskać szybki ruch w dół.Główny cylinder często nie utrzymuje ciśnienia.Ta maszyna ma wymagania dotyczące utrzymywania ciśnienia i zazwyczaj wymaga spadku ciśnienia o <2 do 3 MPa w ciągu 10 minut.

Analiza: Jeśli główny cylinder nie utrzymuje ciśnienia, oznacza to wyciek oleju pod ciśnieniem.Z analizy schematu wynika, że ​​jest to związane z obiegiem oleju i nie więcej niż 5 elementów powoduje wyciek.

●Rury i złącza: naprężenia, słabe spawanie, pęknięcia itp.;

● Zawór zwrotny ciśnienia trzymania: słabe uszczelnienie;

●Napełnianie korpusu zaworu: słabe uszczelnienie lub luźne gniazdo zaworu;

●Popychacz oleju sterującego zaworem napełniania: nieco dłuższy, podnieś i wyładuj małą szpulę

●Tłok głównego cylindra (tuleja prowadząca): Pierścień uszczelniający jest uszkodzony.

Metoda wykluczania: Zgodnie z wynikami analizy sprawdź i wyklucz od prostych do złożonych, od zewnątrz do wewnątrz.

Najpierw sprawdź rury i złącza (od prostych do złożonych, od zewnątrz do wewnątrz) i wykonaj wstępne spawanie pod kątem słabych spawów i pęknięć.Najlepiej zdjąć oringi na złączach i podgrzać łuki spawaniem tlenowym do koloru czerwonego. Lekko nałożyć nakrętkę, poczekać aż ostygnie i stwardnieć przed montażem.

Jeżeli na rurociągach i złączach nie ma uszkodzeń, należy sprawdzić zawór zwrotny utrzymujący ciśnienie (od zewnątrz i od wewnątrz), wyjąć grzyb zaworu zwrotnego, wypolerować jego linię uszczelniającą, przeszlifować z gniazdem zaworu, oczyścić i zmontować.

Po sprawdzeniu zaworu zwrotnego, jeśli cylinder główny w dalszym ciągu nie jest w stanie utrzymać ciśnienia, należy sprawdzić zawór sterujący zaworu napełniania (od zewnątrz i od wewnątrz), wyjąć pręt oleju sterującego i zablokować olej sterujący, aby sprawdzić, czy ciśnienie się utrzymuje;Jeśli nie da się utrzymać nacisku, aby sprawdzić, czy putter jest długi, przeszlifuj koniec puttera.Po sprawdzeniu popychacza nie można utrzymać ciśnienia.Należy sprawdzić zawór napełniający.Głównym celem jest sprawdzenie, czy linia uszczelnienia i pierścień gniazda nie są poluzowane.Wypoleruj, przeszlifuj lub zmontuj ponownie pierścień gniazda.

Po sprawdzeniu zaworu napełniającego nie można utrzymać ciśnienia i można stwierdzić uszkodzenie głównego pierścienia uszczelniającego cylindra, które można zdemontować i wymienić.