Динамика металлургических машин

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ДВНЗ «ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Факультет інженерної механіки та машинобудування Кафедра «Металургійне обладнання заводів чорної металургії»

КУРСОВА РОБОТА Динаміка металургійних машин Варіант 24

Виконав:

ст. гр. МЕХ-08б Обоимов М.С.

Керівник роботи к.т.н., доц. кафедри МОЗЧМ Сотніков О.Л.

ДОНЕЦЬК — 2011

РЕФЕРАТ Курсовой проект: 49 с., 10 рис., 10 табл., 6 источников.

Объекты исследования — тянущая клеть машины непрерывного литья заготовок с приводом, механизм поворота желоба для разливки чугуна (шлака), дыропробивной пресс.

Цель исследования — разработка кинематической, расчетной и эквивалентной схем волочильного стана, построение нагрузочной диаграммы механизма поворота желоба для разливки чугуна (шлака), определение момента инерции маховика дыропробивного пресса.

Методы исследования — изучение устройства, принципа действия и основных характеристик волочильного стана, механизма поворота желоба для разливки чугуна (шлака) и дыропробивного пресса; составление кинематической, расчетной и эквивалентной схем первого механизма; расчет механизма поворота желоба и построение его нагрузочной диаграммы; расчет момента инерции и определение основных геометрических параметров маховика дыропробивного пресса.

Разработаны: кинематическая, расчетная и эквивалентная схемы волочильного стана; нагрузочная диаграмма механизма поворота желоба для разливки чугуна (шлака); чертеж маховика дыропробивного пресса.

МЕХАНИЗМ, ВОЛОЧИЛЬНЫЙ СТАН, КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА, ЖЕЛОБ, МОМЕНТ, ДИАГРАММА, ДЫРОПРОБИВНОЙ ПРЕСС, МОМЕНТ ИНЕРЦИИ, МАССА, ЖЕСТКОСТЬ, УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ, МАХОВИК

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. ВОЛОЧИЛЬНЫЙ СТАН

1.1 Разработка кинематической схемы механизма

1.2 Разработка расчетной схемы механизма

1.3 Разработка эквивалентной расчетной схемы механизма

2 ПОСТРОЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА ЖЕЛОБА ДЛЯ РАЗЛИВКИ ЧУГУНА (ШЛАКА)

2.1 Описание устройства и принципа действия машины

2.2 Расчет основных параметров и построение нагрузочной диаграммы привода

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАХОВИКА ДЫРОПРОБИВНОГО ПРЕССА ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ЗАДАНИЕ

1.Для заданной металлургической машины или ее механизмов разработать кинематическую, расчетную и эквивалентную расчетную схемы и проиндексировать силовые, кинематические, инерционные, упругие нагрузки.

Указать кратко:

— назначение механизма или машины;

— область применения и место установки;

— устройство и принцип работы со ссылками на кинематическую схему;

— техническую характеристику.

Механизм — Волочильный стан.

2. Механизм поворота желоба для разливки чугуна (шлака). Описать устройство и принцип действия машины. По расчетной схеме (рис. 1) и исходным данным построить нагрузочную диаграмму механизма поворота желоба.

Рисунок 1 — Схема к расчету механизма поворота желоба

Желоб 1 для разливки чугуна (шлака) опирается на центральную опору О1 и роликовую дорожку 2 (на схеме показано верхнее расположение дорожки). Привод поворота желоба состоит из электродвигателя переменного тока, редуктора, тормоза, рычажного механизма и командаппарата. На выходном валу редуктора установлен и закреплен кривошип 3 (Rк=336мм), угол поворота ?=180о, а шатун 4 шарнирно соединен с рамой желоба. Расстояния между осями О1 и О2: H=4000мм, h=420мм. Угол поворота ?=18о, время поворота t, передаточное отношение редуктора U, масса желоба mж.

Исходные данные:

Таблица 1 — Значения коэффициентов трения качения ролика по опорной планке, м

3. Определение момента инерции и расчет геометрических параметров маховика дыропробивного пресса.

Рисунок 2 — Схема к расчету механизма дыропробивного пресса Ползун 2 приводится в возвратно-поступательное движение с помощью кривошипно-ползунного механизма. Привод пресса также включает электродвигатель, две ременные передачи и редуктор. На выходном валу установлен и закреплен кривошип ®, а шатун 5 шарнирно соединен с ползуном. Передаточное отношение ременных передач U1 и U2, редуктора U3. Максимальная сила прошивки Р. Электродвигатель: мощность N, частота вращения n, скольжение S, критическое скольжение Sкрит. Отношение критического момента двигателя к номинальному Мкрит/Мн. Вес ползуна Q, максимальный рабочий ход ползуна (толщина прошиваемых листов) h. Средняя скорость хода ползуна V. Коэффициент полезного действия ?. Момент инерции шкива 4 Jш.

Исходные данные:

ВВЕДЕНИЕ

Основные положения динамики металлургических машин.

Специфика нагружения деталей и узлов машин и физические явления происходящие в машинах являются объектом изучения динамики машин как науки. Методы теоретического и экспериментального исследования энергосиловых параметров действующих в деталях и узлах металлургических машин динамических нагрузок является предметом изучения динамики металлургических машин как дисцыплины.

При динамическом анализе металлургических машин устанавливается общей зависимостью между инерционными характеристиками звеньев, действующими на них силами и кинематическими характеристиками механизма, составление уравнений движения механизма позволяет найти законы движения звеньев при известных силах и моментах сил, их масса и моментах инерции, функциях положения, передаточных функциях с учетом различных физических явлений происходящих в машине.

При динамическом синтезе металлургических машин решается обратная задача — обеспечение на основе уравнения движения заданного движения рабочих звеньев, изменяется их инерционные и силовые параметры, а так же с учетом различных физических явлений происходящих в машине.

1. ВОЛОЧИЛЬНЫЙ СТАН Интенсификация процесса волочения труб достигается как за счет увеличения скорости волочения, таи и увеличении числа одновременно протягиваемых труб (число ниток) при высоком уровне автоматизации и механизации всех основных и вспомогательных операций. На рис. 1 показана конструкция волочильного стала. По направляющим станины 1 перемещается тележка 2. Между направляющими движется «бесконечная» цепь 3, приводимая в движение от двигателя 4 через редукторы 5 и ведущие звездочки.

На рисунке 1.1 показана конструкция волочильного стана [7, с. 628 — 630].

Рисунок 1.1 — Конструкция волочильного стана.

1.1 Разработка кинематической схемы механизма Кинематическая схема — абстрактное (условное) изображение механизмов и машин в виде связанных между собой отрезков прямых линий и условных обозначений.

Кинематическая схема показывает последовательность передачи движения от машины-двигателя к рабочей машине и их взаимосвязь.

Кинематическая схема волочильного стана с приводом приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 — Кинематическая схема волочильного стана

1. Электра двигатель; 2,5,6. Муфты; 3. Редуктор; 4. Станина; 7. Ролики.

1.2 Разработка расчетной схемы механизма Расчетная схема — изображение механизма или машины, выполненное в виде условных обозначений отдельных масс, соединенных упругими связями в кинематической последовательности и взаимосвязи, при этом массы принимаются недеформируемыми, т. е. абсолютно жесткими, а упругие связи — как не обладающие массой, т. е принимаются невесомыми.

Расчетная схема волочильного стана 1.3.

Рисунок 1.3 — Расчётная схема волочильного стана в двух видах.

На разработанной расчётной схеме обозначены следующие нагрузки:

— I1 — момент инерции ротора электродвигателя, кг· м2;

— I2л — момент инерции первой полумуфты быстроходного вала электродвигателя, кг· м2;

— I3л — момент инерции второй полумуфты быстроходного вала электродвигателя, кг· м2;

— I4л — момент инерции первой полумуфты, кг· м2;

— I5л — момент инерции второй полумуфты, кг· м2;

— I6л — момент инерции первого зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I7л — момент инерции второго зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I8л — момент инерции третьего зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I9л — момент инерции четвертого зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I10л — момент инерции первой полумуфты тихоходного вала редуктора, кг· м2;

— I11л — момент инерции второй полумуфты тихоходного валаредуктора, кг· м2;

— I12л — момент инерции первого ролика, кг· м2;

— I13л — момент инерции второго ролика, кг· м2;

— I2п — момент инерции первой полумуфты быстроходного вала электродвигателя, кг· м2;

— I3п — момент инерции второй полумуфты быстроходного вала электродвигателя, кг· м2;

— I4п — момент инерции первой полумуфты, кг· м2;

— I5п — момент инерции второй полумуфты, кг· м2;

— I6п — момент инерции первого зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I7п — момент инерции второго зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I8п — момент инерции третьего зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I9п — момент инерции четвертого зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I10лпмомент инерции первой полумуфты тихоходного вала редуктора, кг· м2;

— I11п — момент инерции второй полумуфты тихоходного валаредуктора, кг· м2;

— I12п — момент инерции первого ролика, кг· м2;

— I13п — момент инерции второго ролика, кг· м2;

— - коэффициент крутильной жесткости хвостовика электродвигателя с первой полумуфтой, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости пальцев муфты быстроходного вала, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости первой полумуфтой, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости пальцев муфты, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости быстроходного вала редуктора с полумуфтой, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости первой зубчатой передачи редуктора, Н· м/рад;

— коэффициент крутильной жесткости второго вала редуктора, Н· м/рад;

— коэффициент крутильной жесткости второй зубчатой передачи редуктора, Н· м/рад;

— коэффициент крутильной жесткости третьего вала редуктора, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости тихоходного вала редуктора с полумуфтой, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости пальцев муфты тихоходного вала Н· м/рад,

— - коэффициент крутильной жесткости, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости первой зубчатой передачи шестеренной клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости выходного вала шестеренной клети с полушарниром, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости первого шарнира Гука шпинделя, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости второго шарнира Гука шпинделя, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости валка тянущей клети с полушарниром, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости второй зубчатой передачи шестеренной клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости выходного вала шестеренной клети с полушарниром, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости первого шарнира Гука шпинделя, Н· м/рад, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости второго шарнира Гука шпинделя, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости валка тянущей клети с полушарниром, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости третьей зубчатой передачи шестеренной клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости выходного вала шестеренной клети с полушарниром, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости первого шарнира Гука шпинделя, Н· м/рад, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости второго шарнира Гука шпинделя, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости валка тянущей клети с полушарниром, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости четвертой зубчатой передачи шестеренной клети, Н· м/рад;

— коэффициент крутильной жесткости выходного вала шестеренной клети с полушарниром, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости первого шарнира Гука шпинделя, Н· м/рад, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости второго шарнира Гука шпинделя, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости валка тянущей клети с полушарниром, Н· м/рад;

— - внешний момент, возникающий от колодок на тормозном шкиве, H· м;

— - внешний момент, возникающий от ротора электродвигателя, H· м;

— - внешний момент на тихоходном валу редуктора, Н· м;

— - внешний момент на выходном валу шестеренной клети, Н· м;

— - внешний момент на выходном валу шестеренной клети, Н· м;

— - внешний момент на выходном валу шестеренной клети, Н· м;

— - внешний момент на выходном валу шестеренной клети, Н· м;

— ?I — угловая скорость вращения ротора электродвигателя, тормозного шкива, муфты, первого вала и зубчатого колеса редуктора, рад/с;

— ?II — угловая скорость вращения второго вала и второго, третьего зубчатых колёс редуктора, рад/с;

— ?III — угловая скорость вращения третьего вала и четвертого, пятого зубчатых колёс редуктора, рад/с;

— ?IV — угловая скорость вращения четвертого вала и шестого, седьмого колёс редуктора, рад/с;

— ?V — угловая скорость вращения пятого вала, восьмого зубчатого колеса редуктора, муфты, входного вала шестеренной клети, рад/с;

— ?VI — угловая скорость вращения выходного вала шестеренной клети, шпинделя, валка тянущей клети, рад/с;

— ?VII — угловая скорость вращения выходного вала шестеренной клети, шпинделя, валка тянущей клети, рад/с;

— ?VIII — угловая скорость вращения выходного вала шестеренной клети, шпинделя, валка тянущей клети, рад/с;

— ?IX — угловая скорость вращения выходного вала шестеренной клети, шпинделя, валка тянущей клети, рад/с;

1.3 Разработка эквивалентной расчетной схемы механизма металлургический машина желоб пресс Подробная расчетная схема машин практически не используется для исследования их динамических процессов, т.к. в этом случае будут требоваться громоздкие и сложные математические вычисления. В практической деятельности важным является относительно быстрое и достаточно достоверное получение решения задач динамики механизмов и машин. Для этого разрабатывается эквивалентная расчетная схема (динамическая модель) машины или механизма на основе подробной расчетной схемы путем ее преобразования. В процессе преобразования расчетная схема упрощается, приводится к одному интересующему звену и уменьшается число степеней свободы.

При упрощении распределенные массы заменяют сосредоточенными, избавляются от параллельно и последовательно соединенных упругих связей, объединяют массы, соединенные практически недеформируемой упругой связью, т. е. с коэффициентом жесткости, стремящимся к бесконечности.

К таким связям относятся соединения полумуфт различных типов муфт, участки промежуточных валов редукторов между двумя рядом расположенными зубчатыми колесами или участки валов между двумя рядом расположенными рычагами или другими аналогичными конструкциями.

Для расчетной схемы тянущей клети машины непрерывного литья заготовок такими связями являются: упругие связи с коэффициентами жесткости, ,, ,, ,, ,, ,, , т.к. в конструкции применены две муфты, восемь шарниров Гука и имеется три участка промежуточных валов с рядом расположенными зубчатыми колесами. Это позволяет объединить массы I3 и I4, I6 и I7, I8 и I9, I10 и I11, I13 и I14, I17 и I18, I19 и I20, I23 и I24, I25 и I26, I29 и I30, I31 и I32, I35 и I36, I37 и I38.

После упрощения моменты инерций массы упрощаемых звеньев равен сумме моментов инерции этих звеньев.

Эквивалентная расчетная схема тянущей клети машины непрерывного литья заготовок приведена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 — Эквивалентная расчетная схема тянущей клети машины непрерывного литья заготовок

— I1 — момент инерции тормозного шкива, кг· м2;

— I2 — момент инерции ротора электродвигателя, кг· м2;

— I'3 — суммарный момент инерции масс полумуфт на валу двигателя, кг· м2;

— I'4 — момент инерции первого зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I'5 — суммарный момент инерции масс второго и третьего зубчатых колес второго вала редуктора, кг· м2;

— I'6 — суммарный момент инерции масс четвертого и пятого зубчатых колес третьего вала редуктора, кг· м2;

— I'7 — суммарный момент инерции масс шестого и седьмого зубчатых колес четвёртого вала редуктора, кг· м2;

— I'8 — момент инерции восьмого зубчатого колеса редуктора, кг· м2;

— I'9 — суммарный момент инерции масс полумуфт на тихоходном валу редуктора, кг· м2;

— I'10 — момент инерции первого зубчатого колеса шестеренной клети, кг· м2;

— I'11 — момент инерции второго зубчатого колеса шестеренной клети, кг· м2;

— I'12 — суммарный момент инерции масс полушарниров соединяющих выходной валу шестеренной клети и шпинделя, кг· м2;

— I'13 — суммарный момент инерции масс полушарниров соединяющих шпиндель и валок тянущей клети, кг· м2;

— I'14 — момент инерции валка тянущей клети, кг· м2;

— I'15 — момент инерции второго зубчатого колеса шестеренной клети, кг· м2;

— I'16 — суммарный момент инерции масс полушарниров соединяющих выходной валу шестеренной клети и шпинделя, кг· м2;

— I'17 — суммарный момент инерции масс полушарниров соединяющих шпиндель и валок тянущей клети, кг· м2;

— I'18 — момент инерции валка тянущей клети, кг· м2;

— I'19 — момент инерции третьего зубчатого колеса шестеренной клети, кг· м2;

— I'20 — суммарный момент инерции масс полушарниров соединяющих выходной валу шестеренной клети и шпинделя, кг· м2;

— I'21 — суммарный момент инерции масс полушарниров соединяющих шпиндель и валок тянущей клети, кг· м2;

— I'22 — момент инерции валка тянущей клети, кг· м2;

— I'23 — момент инерции четвертого зубчатого колеса шестеренной клети, кг· м2;

— I'24 — суммарный момент инерции масс полушарниров соединяющих выходной валу шестеренной клети и шпинделя, кг· м2;

— I'25 — суммарный момент инерции масс полушарниров соединяющих шпиндель и валок тянущей клети, кг· м2;

— I'26 — момент инерции валка тянущей клети, кг· м2;

— - коэффициент крутильной жесткости хвостовика электродвигателя с тормозным шкивом, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости хвостовика электродвигателя с первой муфтой, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости быстроходного вала редуктора, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости первой зубчатой передачи редуктора, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости второй зубчатой передачи редуктора, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости третьей зубчатой передачи редуктора, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости четвёртой зубчатой передачи редуктора, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости тихоходного вала редуктора с муфтой, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости входного вала шестеренной клети с муфтой, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости первой зубчатой передачи шестеренной клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости выходного вала шестеренной клети с шарниром Гука, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости шарнира Гука с валком тянущей клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости второй зубчатой передачи шестеренной клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости выходного вала шестеренной клети с шарниром Гука, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости шарнира Гука с валком тянущей клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости третьей зубчатой передачи шестеренной клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости выходного вала шестеренной клети с шарниром Гука, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости шарнира Гука с валком тянущей клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости четвёртой зубчатой передачи шестеренной клети, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости выходного вала шестеренной клети с шарниром Гука, Н· м/рад;

— - коэффициент крутильной жесткости шарнира Гука с валком тянущей клети, Н· м/рад;

— - внешний момент, возникающий от колодок на тормозном шкиве, H· м;

— - внешний момент, возникающий от ротора электродвигателя, H· м;

— - внешний момент на тихоходном валу редуктора, Н· м;

— - внешний момент на выходном валу шестеренной клети, Н· м;

— - внешний момент на выходном валу шестеренной клети, Н· м;

— - внешний момент на выходном валу шестеренной клети, Н· м;

— - внешний момент на выходном валу шестеренной клети, Н· м;

— ?I — угловая скорость вращения ротора электродвигателя, тормозного шкива, муфты, первого вала и зубчатого колеса редуктора, рад/с;

— ?II — угловая скорость вращения второго вала и второго, третьего зубчатых колёс редуктора, рад/с;

— ?III — угловая скорость вращения третьего вала и четвертого, пятого зубчатых колёс редуктора, рад/с;

— ?IV — угловая скорость вращения четвертого вала и шестого, седьмого колёс редуктора, рад/с;

— ?V — угловая скорость вращения пятого вала, восьмого зубчатого колеса редуктора, муфты, входного вала шестеренной клети, рад/с;

— ?VI — угловая скорость вращения выходного вала шестеренной клети, шпинделя, валка тянущей клети, рад/с;

— ?VII — угловая скорость вращения выходного вала шестеренной клети, шпинделя, валка тянущей клети, рад/с;

— ?VIII — угловая скорость вращения выходного вала шестеренной клети, шпинделя, валка тянущей клети, рад/с;

— ?IX — угловая скорость вращения выходного вала шестеренной клети, шпинделя, валка тянущей клети, рад/с;

2. ПОСТРОЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА ЖЕЛОБА ДЛЯ РАЗЛИВКИ ЧУГУНА (ШЛАКА)

2.1 Описание устройства и принципа действия машины Конструкция поворотного желоба представлена на рис. 2.1 [3, с. 324]. Собственно желоб 4 сварной конструкции со сменным сливным носком, футерованный огнеупорными материалами, установлен та сварной поворотной раме 5 и зафиксирован упорами. Передним концом рама шарнирно связана с опорно-центрирующим устройством 6, а задним через траверсу, которая может качаться в вертикальной плоскости, свободно опирается на роликовую дорожку 2. Рама вместе с желобом может поворачиваться в горизонтальной плоскости относительно оси опорно-центрирующего устройства на угол 16—18 град.

Роликовая дорожка имеет нижнее или верхнее расположение. В первом случае траверса 1 шарнирно прикреплена непосредственно к раме 5, а во втором — к верхней части стойки 3, которая нижней частью жестко соединена с рамой. При нижнем расположении роликовая дорожка не подвергается интенсивному нагреву, но происходит ее замусоривание, затрудняющее работу привода; при этом доступ к дорожке для ее обслуживания затруднен. Поэтому в желобах с верхним расположением роликовой дорожки предусматривают постоянную смазку роликов дорожки и меры, исключающие коробление элементов конструкции в условиях повышенного нагрева.

Привод поворота рамы 5 с желобом состоит из электродвигателя 10 переменного тока мощностью 11 кВт, червячного редуктора, колодочного тормоза 9, кинематического редуктора 11 и командоаппарата 12, смонтированных на общей стационарной раме 7, а также кривошипа 16 и шатуна 15, шарнирно связанного с рамой 5.

Кривошипно-шатунный механизм привода обеспечивает: плавность разгона и торможения поворотного желоба; пересечение желобом струи чугуна (шлака) при максимальном значении скорости поворота; строго определенные крайние положения желоба. Это способствует устойчивой и надежной работе желоба при автоматизированном управлении механизмами разливки.

Рисунок 2.1 Поворотный желоб с верхним расположением роликовой дорожки

На случай аварийного обесточивания или выхода из строя электродвигателя предусмотрено ручное управление желобом от штурвала 13, который посредством конических зубчатых передач и переключающего устройства 14 соединен с редуктором 8; электромеханическая блокировка исключает возможность пуска электродвигателя при повороте желоба от штурвала.

Опорно-центрирующее устройство 6, роликовую дорожку 2 и раму 7 привода устанавливают на несущих конструкциях литейного двора над железнодорожными путями.

При необходимости ремонта желоба 4 на раму 5 вместо него мостовым краном литейного двора доменной печи ставят заранее подготовленный запасной желоб. Стенка желоба в месте пересечения ею струи чугуна (шлака) защищена снаружи огнеупорной футеровкой.

Недостатком этой конструкции является разбрызгивание чугуна при пересечении струи стенкой поворачивающегося желоба.

2.2 Расчет основных параметров машины и построение нагрузочной диаграммы привода Определяем вес желоба:

.

При расчете принимаю, что вес желоба Q распределен между опорами следующим образом:

;

.

где r=3,835 м — радиус, определяющий центр тяжести желоба относительно оси вращения О1;

Rж=5,9 м — радиус, определяющий положение оси беговой дорожки относительно оси вращения О1.

Моменты сопротивления от трения в центральной опоре О1 и на роликовой дорожке:

где d1=100 мм — диаметр опорного подшипника;

f1=0,015 — коэффициент трения в опорном подшипнике;

?0 — коэффициент сопротивления движению опорной планки по ролику:

где f2=0,015 — коэффициент трения в подшипниках ролика;

d2=50 мм — диаметры подшипников ролика (для подшипников качения условно принимается диаметр цапфы вала);

D — диаметр ролика;

К — коэффициент трения качания ролика по опорной планке, определяющегося по таблице 2.1.

Таблица 2.1 Коэффициент трения качания ролика по опорной планке

В соответствии с условием принимаем .

Тогда Статический момент сопротивления вращению желоба относительно оси вращения О1:

Усилие в шатуне 4 от статического момента сопротивления при повороте желоба относительно оси вращения О1:

где Rш=2,15 м — радиус, определяющий положение шарнира, связывающего шатун 4 с желобом 1.

Тогда Вращающий момент на валу кривошипа:

где — окружное усилие;

? — угол поворота кривошипа.

Результаты вычислений приведены в таблице 2.2. График зависимости между вращающим моментом на валу кривошипа и углом поворота кривошипа представлен на рисунке 2.2.

Таблица 2.2 Результаты вычислений зависимости вращающего момента на кривошипе от его поворота

Рисунок 2.2. График зависимости между вращающим моментом на валу кривошипа и углом поворота кривошипа При исследовании механизма поворота желоба приняты следующие допущения — желоб совершает поступательное движение, а возникающее при этом усилие в шатуне всегда направлено вдоль шатуна.

Кинетическая энергия поступательно движущегося желоба:

где V — скорость поступательно движущегося желоба.

В первом приближении принимаем:

где VК — окружная скорость кривошипа:

где ?К — угловая скорость кривошипа.

Тогда кинетическая энергия желоба:

Приведенный момент инерции механизма поворота желоба к валу электродвигателя определяется из условия кинетических энергий:

где Iв=170 кг· м2 — момент инерции вращающихся масс привода;

?пр=? — угловая скорость вала электродвигателя.

Так как отношение то приведенный момент инерции изменится в функции угла поворота кривошипа по закону синуса:

— с учетом потерь при пуске:

— с учетом потерь при торможении:

где ?=0,86 — КПД передаточного механизма.

Для механизмов, работающих при неустановленном режиме, в расчетах принимаем среднее значение момента инерции:

Результаты вычислений приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 Значения приведенного момента инерции механизма поворота желоба к валу электродвигателя

Уравнение движения механизма в форме интеграла энергии можно получить на основании того, что первая производная зависимости кинетической энергии звена приведения от угла поворота кривошипа, представляют собой избыточный момент привода:

где Мст — статический момент, приведенный к валу двигателя:

Результаты вычислений статического момента приведенного к валу двигателя приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 — Значения статического момента, приведенного к валу двигателя в зависимости от угла поворота кривошипа

Принимая во внимание, что получаем дифференциальное уравнение движения привода при переменном моменте инерции механизма:

Аналитически решить это уравнение в общем виде невозможно. Его можно решить только графическим методом конечных приращений или методом площадей, который сводится к графоаналитическому интегрированию уравнений.

Для этого в первой четверти в координатах I — ?, M —? строится зависимость и рисунок 2.3.

Приняв время работы механизма равным t, угловая скорость кривошипа:

Время пуска, время торможения .

На основании этих данных в четвертой четверти строится график:

При этом график изменения скорости принят трапециевидную форму.

Угловое ускорение кривошипа в различные периоды движения:

— при пуске:

— при торможении:

— при установившемся движении:

т.к.

Угол поворота кривошипа в отдельные периоды работы составит:

— в период пуска:

;

— при установившемся периоде:

— при торможении:

На основании полученных данных строится зависимость в четвертой четверти.

Во второй четверти дублируется график. Во время пуска угловое ускорение принимает положительное значение, т. е. направлено в сторону вращения кривошипа, а в период торможения — отрицательное значение, т. е. направлено в противоположную сторону.

Также во второй четверти строится зависимость статического момента на валу электродвигателя от времени:, используя ранее построенные зависимости и .

Во время работы механизма поворота желоба приведенный момент инерции изменяется, что вызывает дополнительные динамические нагрузки как в переходные периоды, так и в периоды установившегося движения:

— в переходный период:

— в установившемся периоде:

Инерционные моменты, возникающие в переходной период:

— при пуске:

— при торможении:

— в установившемся периоде, инерционные моменты:

т.к. .

Результаты вычислений приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 — Значения МИ1, приведенного к валу двигателя, в зависимости от угла поворота кривошипа

Для построения зависимости, необходимо продифференцировать зависимость:

Используя последнюю зависимость совместно с зависимостью, получим зависимость :

Результаты вычислений приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 — Значения МИ1, приведенного к валу двигателя, в зависимости от угла поворота кривошипа

Суммируя зависимости, получим новый график изменения нагрузки электродвигателя во времени (нагрузочную диаграмму), учитывающую все составляющие момента. На основании этого графика в дальнейшем определяется мощность электродвигателя привода механизма поворота желоба.

Подставив выражения, и получим:

Результаты вычислений приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 — Значения МИ1, приведенного к валу двигателя, в зависимости от угла поворота кривошипа

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАХОВИКА ДЫРОПРОБИВНОГО ПРЕССА При расчете маховика принимаем условие непрерывности движения жесткой механической системы дыропробивного пресса.

Синхронная угловая скорость двигателя (угловая скорость холостого хода).

.

Номинальная угловая скорость двигателя где — скольжение.

.

Номинальная угловая скорость двигателя приведенная к валу маховика

.

Наибольший момент статического сопротивления приведенный к валу маховика в первом приближении

.

Время рабочего хода ползуна где — высота заготовки;

— средняя скорость прохождения.

.

Номинальный момент двигателя

.

Критический момент двигателя

.

Критический момент двигателя приведенный к валу маховика

.

Приведенный момент инерции маховика где

Тогда Определений приведенного к маховику момента инерции от массы всех движущихся звеньев пресса из равенства кинетических энергий Так как звено приведения — маховик совершает вращательное движение, то равенство кинетических энергий примет вид где

где

В первом приближении линейная скорость ползуна

Тогда уравнение примет вид Тогда необходимый момент инерции маховика будет равен:

Расчет параметров маховика в виде сплошного однородного диска.

Отношение внешнего диаметра маховика d и толщины диска b:

Принимаем .

Маховик может быть чугунным (плотность серого чугуна? = 6600 — 7400 кг/м3) или стальным (плотность конструкционной стали? = 7700 — 7900 кг/м3).

Материал маховика принимаем чугун СЧ 18 ГОСТ 1412–85 с плотностью? = 7200 кг/м3.

Диаметр диска маховика:

.

Толщина диска маховика:

.

Масса маховика:

.

Диаметр вала dвала = 120 мм.

Диаметр ступицы:

.

Длина ступицы:

.

Размеры шпоночного паза:

Ширина шпоночного паза b = 32 мм, глубина — t2 = 11,4 мм [5, с. 102].

На основании рассчитанных геометрических размеров строим чертеж маховика (рисунок 3.1).

Определение углового ускорения маховика.

Определение приведенного к маховику момента сил от всех действующих сил и моментов сил из равенства мощностей:

где: знак «+» — при холостом ходу (Рх.х. = 0);

знак «-» — при рабочем ходе ползуна;

При движении ползуна:

— вверх (холостой ход):

.

— вниз (рабочий ход):

.

Тогда ускорение на валу маховика будет равно:

— при движении ползуна вверх (холостой ход):

.

— при движении ползуна вниз (рабочий ход):

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По ходу выполнения курсовой работы по динамике металлургических машин были проведены некоторые исследования.

1. Было изучено устройство и принцип действия тянущей клети машины непрерывного литья заготовок. Составлена его кинематическая схема, подробная и эквивалентная расчетная схема.

2. Был рассчитан механизм поворота желоба и в соответствии с этим построена нагрузочная диаграмма привода механизма. Определение движущего момента, приведенного к валу двигателя, осуществлено двумя способами — графическим и аналитическим по выведенной общей формуле для нахождения Мдв.

3. Проводился расчет момента инерции маховика дыропробивного пресса. При этом выбор маховика был осуществлен по условию непрерывности движения машины при ограничении момента электродвигателя, на основании этих условий была выведена зависимость для определения необходимого момента инерции маховика при заданных условиях.

1. Механическое оборудование сталеплавильных цехов. Учебное пособие для вузов/ М. З. Левин, В. Я. Седуш, В. И. Мачикин и др. — Донецк Выща шк. 1985. — 165 с.

2. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т.2. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов. Учебник для вузов/Целиков А.И., Полухин П. И., Гребеник В. М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1988. — 432 с.

3. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т.1. Машины и агрегаты доменных цехов. Учебник для вузов/Целиков А.И., Полухин П. И., Гребеник В. М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1987. — 440 с.

4. Расчет металлургических машин и механизмов / В. М. Гребеник, Ф. К. Иванченко, В. И. Ширяев. — К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. — 448 с.

5. Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х томах: Т.2. — 8-е издание., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2001. — 912с.

6. Методические указания к выполнению курсового проекта по деталям машин.

Раздел 3. Проектирование валов и их опор на подшипниках качения/ Авторы: О. В. Деркач, О. В. Лукичов, В. Б. Недосекин, Проскуряков С. В. — Донецк: ДонНТУ, 2005. — 106 с.

7. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т.3. Прокатное оборудование. Учебник для вузов/Целиков А.И., Полухин П. И., Гребеник В. М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1988. — 432 с.