Приклад 45. Виконати розрахунок гідропневматичного запобіжника двох кривошипного листоштампувального преса простої дії зусиллям 40 МН.

 

Початкові дані:

Номінальне зусилля P_н, МН – 40;

Номінальний хід повзуна S_н, мм – 630;

Коефіцієнт шатуна λ – 0,15;

Номінальне число ходів повзуна за хв. n_н – 10.

 

Рішення

В листоштампувальному пресі використовується гідропневматичний запобіжник від перевантаження. Схема запобіжника показана на рис. 9.5. Під кожним з двох шатунів (i = 2) містяться гідравлічні циліндри, витікання робочої рідини з яких керується системою керування та гідропневматичним клапаном.

Допустимий тиск в гідравлічній системі запобіжників зазвичай становить 20…25 МПа. Для даного преса, враховуючи його велике номінальне зусилля (40 МН), для зменшення габаритних розмірів запобіжника приймається допустимий тиск в системі 30 МПа.

В такому разі діаметр одного гідравлічного поршня робочого циліндру по формулі (9.34) становить

Площа циліндру тоді буде

Початок спрацювання запобіжника S_п приймається за 10 мм до КНП. В такому разі по формулі (9.36) кут повороту головного валу становить (R = S_н/2 = 0,315 м, L = R/λ = 2,1 м.)

Швидкість повзуна в цей момент становить

Приймаючи швидкість переміщення плунжера запобіжника V_пг = 10 м/с по формулі (9.38) діаметр гідравлічного поршню складає

а його площа

Із умови рівноваги гідравлічного плунжера в момент спрацювання запобіжника по формулі (9.39) діаметр пневматичного поршня становить

Переміщення плунжера після спрацювання запобіжника по формулі (9.40) становить

Початковий обсяг пневматичного циліндру (ресивера) запобіжника по формулі (9.41) складає не менше

Площа перетину гідравлічних трубопроводів при максимальній швидкості рідини в трубі 25 м/с по формулі (9.37) становить

а діаметр трубопроводу

 

Ламкі запобіжники

 

Для всіх ламких запобіжників характерно те, що вони ламаються по досягненні діючого на них зусилля визначеного значення і для відновлення роботи вимагають заміни. Для таких запобіжників варто враховувати той факт, що з часом границя витривалості матеріалу знижується. У зв’язку з цим щоб уникнути передчасного руйнування запобіжника при тривалій роботі їхній розрахунок варто робити на зусилля не менш чим 1,5Р_н. Як матеріал варто використовувати сталь з малою циклічною в’язкістю, наприклад, незагартовану сталь 45. Рекомендовані матеріали запобіжників і їх механічні властивості приведені в таблиці 9.2.

 

 

Рис. 9.5. Запобіжник, що зрізується

 

Таблиця 9.2

Механічні властивості матеріалів запобіжників

Марка матеріалу	Термообробка	Межа міцності σ в, МПа
Сталь 45	Закалювання
Нормалізація
Сталь 40Х	Закалювання
Чавун СЧ21	–

 

Діаметр розрахункового перетину стрижня для однозрізових штифтів запобіжника (рис.9.5) розраховують по формулі

, (9.42)

де k – коефіцієнт, що залежить від матеріалу стрижня; Для сталі k = 1,5, для чавуна k = 0,9;

T – сила, що зрізує штифт

;

M _кр – крутильний момент, на валу запобіжника;

R – радіус установки штифта запобіжника;

η ₁, η ₂ – коефіцієнти, що враховують тертя в підшипниках вала і тер­тя у втулці маховика; звичайно η ₁ = η ₂ = 0,98;

σ _в – тимчасовий опір матеріалу штифта, вибирається по таблиці 9.2.

Товщина пластини чашкового запобіжника (рис. 9.6) визначається по формулі

, (9.43)

де k – коефіцієнт, що залежить від матеріалу стержня; Для сталі k = 0,5, для чавуна k = 0,27;

D _ср – розрахунковий діаметр у мм, D _ср=0,5(D + d), D = d +0,25 S;

Розміри запобіжника показані на рисунку.

 

Рис. 9.6. Чашковий запобіжник

 

Товщина ламкої пластини (рис. 9.7) визначається по формулі

 

Рис. 9.7. Ламкий пластинчастий запобіжник

 

, (9.44)

де b – ширина пластини;

T – сила, що діє на пластину.

Діаметр запобіжника, що розривається, (рис. 9.8) визначається по формулі

. (9.45)

 

Рис. 9.8. Запобіжник, що розривається

 

Пружинні запобіжники

 

Пружинні запобіжники розраховуються по загальновідомих формулах для розрахунку гвинтових чи тарілчастих пружин. Розрахункові зусилля визначаються з умов рівноваги важільних механізмів, до складу яких входять запобіжники. Приклад розрахунку пружинного розрахунку механізму привода затискного повзуна ГКМ приведений у роботі [ 21 ].