<<
>>

§ 34. Расчет сварочных тележек и несущих конструкций

  Основными объектами расчета тележек .являются механизм передвижения и ходовая часть тележки, механизмы подъема и выдвижения консольной штанги, несущая конструкция.
Расчет ходовой части и механизма передвижения.
Этот расчет следует начинать с определения опорных реакций ходовых колес по заданному весу тележки G (в полном ее вооружении) и положению ее центра тяжести при выбранной конструктивной схеме тележки. Если сварочный аппарат может менять свое положение относительно тележки, например, если он закреплен на выдвижной штанге (см. рис. 163 и 167), то для расчета необходимо выбирать наименее выгодное его положение. В частности, при выдвижных консольных штангах в велосипедных и глагольных тележках, как правило, наименее выгодное для опорных реакций положение будет при максимальном вылете штанги, на конце которой закреплен сварочный аппарат (головка). Точно так же при консольной балке для самоходного сварочного автомата в тележках ВТ-2 и ГТ-2 наименее выгодным и, следова!ельно, расчетным для опорных реакций передних ходовых колес будет положение автомата на конце консольного пути.
На рис. 178 представлено несколько типичных расчетных схем -сварочных тележек.
В тележках велосипедного типа (рис. 178, а) сумма вертикаль-

ных реакций ходовых колес нижнего шасси равна Q = G. Сумма' горизонтальных реакций этих же колес, равная горизонтальной реакции верхних опорных роликов,
В. глагольных и консольных тележках (рис. 178, б и д) могут быть два положения центра тяжести; вне колесной базы и между колесами, как показано штриховой линией. В первом случае (все силы показаны сплошными линиями)
во втором случае (силы G и Q2 показаны штриховыми линиями)

В портальных тележках с симметричной нагрузкой ригеля (рис. 178, в) Qx — 0,5G. В мостовых тележках (катучих и других балках по рис. 178, г)
где Gl — вес катучей балки; G2 — вес сварочного автомата.
Для определения наибольших значений реакций ходовых колес катучей балки необходимо принять одно из крайних положений сварочного автомата на балке, т. е. hm\n либо hma*»




Во всех тележках, если усилие Qi воспринимается двумя ходовыми колесами, то в общем случае оно распределяется между ними неравномерно, в зависимости от положения центра тяжести тележки в другой проекции по отношению к рис. 178, а—д. По этой проекции (см. рис. 178, е) нетрудно определить усилие на каждое из двух колес, передвигающихся по одному рельсу:

В глагольных и консольных тележках (см. рис. 178, б и д) задний ходовой ролик в большинстве случаев один, и поэтому он воспринимает все усилие Q2.
Аналогично дело обстоит и во многих велосипедных тележках, имеющих только один верхний опорный ролик.
По найденным усилиям, действующим на ходовых колесах, определяют диаметры их валов и осей, пользуясь методикой аналогичного расчета роликоопор (см. § 24), а также общими методами расчета деталей машин. Для валов в дальнейшем производится проверка на действие крутящего момента совместно с изгибающим.
Диаметры колес и ширина обода определяются или (чаще) проверяются расчетом на контактное напряжение. При этом различают колеса с линейным контактом, цилиндрический обод которых катится по плоской головке рельса (рис. 179, а, в)\ колеса с точечным контактом, обод которых выполнен по сфере радиусом ,г2 (рис. 179, б); двухконусные колеса с линейным контактом, обод которых катится по клиновидному рельсу (рис. 179, г); двухконус- яые колеса с точечным контактом, обод которых выполнен по двум сферам и катится по клиновидному рельсу (рис. 179, д).
Для колес, которые катятся по клиновидному рельсу, прежде ксего необходимо определить давление на грани рельса в зависимости от угла клина а (см. рис. 179, г, д) и от величины опорных реакций, вычисленных по приведенным выше формулам. Вертикальная реакция создает нормальное давление на каждую грань ^рельса
(295)
ПриЕсли на ходовом колесе с клиновидным
профилем обода, кроме того, действует горизонтальная опорная реакция Т (как в тележках по рис. 178, а), то эта сила создает добавочное нормальное давление на одну из граней рельса
(296)
ПриТаким образом, суммарное давление на
«лдну из граней клиновидного рельса под действием вертикальной и
МО

горизонтальной опорных реакций будет При
Необходимо особо отметить, что при значительной величине горизонтальной реакции Т по сравнению с вертикальной Q и при большом угле а колесо под нагрузкой может выползти вверх, преодолевая вес тележки. Поэтому если на ходовом колесе, кроме вертикальной нагрузки, действует и горизонтальная сила Г, то прежде чем применять клиновидный рельс, необходимо произвести проверку колеса на выкатывание вверх и последующее схождение с рельса. Это выкатывание по одной грани может произойти в том случае, если угол |5 (см. рис. 179, е) будет меньше максимально возможного угла трения между колесом и рельсом. Следовательно, условие надежности против схождения колеса с клиновидного рельса запишется какгде /тах — наибольшее возмож
ное значение коэффициента трения.
Выразив tg р через заданные величины Q, Т и а, получим условие надежности в следующем виде:




Для клиновидного рельса с углом клина а = 90° это условие запишется так:alt="" />
или, если обозначитьпри угле
(299)
Если максимально возможный коэффициент трения стали о сталь равен /тах = 0,3, то из выражения (299) следует, что при а = 90° горизонтальное усилие не должно превышать 50% от вертикального, иначе возможно схождение с рельса. Если условие надежности (298) или (299) не соблюдается, то конструкцию ходовой части нужно изменить по одному из следующих вариантов.
1. Клиновидный рельс и плоскость ходовых колес повернуть так, чтобы угол |5 намного увеличился (см. рис. 179, е), вплоть до совпадения плоскости колес с равнодействующей реакцией U, как это показано на рис. 180, а. В этом случае давление на каждую грань рельса
При 34 f
Уменьшить угол клина а, но не менее чем до 40°, иначе возникает опасность заклинивания колеса в рельсе или резкого увеличения сопротивления передвижению тележки. Заменить клиновидный рельс плоским, а ходовые колеса — цилиндрическими двухребордными (см. рис. 179, в) либо, отказавшись от упорных (нагруженных) реборд, заменить ил боковыми роликами, воспринимающими горизонтальную реакцию Т (см. рис. 180, б).
Первый вариант (см. рис. 180, а), требующий наклона плоскости колес, не всегда удобен но конструктивным соображениям. Поэтому чаще применяют третий (см. рис. 180, б), а для очень легких тележек — второй, т. е. уменьшение угла клина, с тем чтобы увеличился угол р (см. рис. 179, е) и стал больше угла трения фтах.
По найденным контактным нагрузкам и принятым размерам ходовых колес определяется контактное напряжение.'
В точечном контакте колес по рис. 179, б, д, площадка контакта представляет собой эллипс, большая ось которого ориентирована вдоль рельса, если г1 gt; г2, или поперек рельса, если гх lt;lt; г2.
Эффективное напряжение в точечном контакте определяется по формуле Б. С. Ковальского
(301)
В линейном контакте колес по рис. 179, а, в, г
аэ = 0,167k, Ylt; [lt;7а)-              (302)
Здесь k — коэффициент, зависящий от отношения причем под /?! подразумевается больший из радиусов — гх или г2, а под Н2 — меньший. Коэффициент k имеет следующие значения:

kf — коэффициент, учитывающий влияние тангенциальных сил трения, принимаемый при среднем режиме работы равным 1,05, при тяжелом— 1,10; Е — приведенный модуль упругости, Е =
— модули упругости материала обода колеса и головки рельса; для нагрузки Р в формулах (301) и (302)

следует принимать величину Р = knP с, где Рс — максимальная нагрузка на обод ходового колеса или (при клиновидном рельсе) на его коническую поверхность шириной h. Согласно обозначениям рис. 179 эта нагрузка при плоских рельсах равна Рс = Q, а при клиновидных Рс = S; значения Q и S определяются по приведенным выше формулам; kH — коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине рельса; для колес с точечным контактом (см. рис. 179, в, д) kH = 1,1, с линейным — в среднем
= 1,2.
Допустимое значение контактного напряжения выбирают в зависимости от твердости НВ обода колеса и срока службы тележки. При длительности эксплуатации тележки 10 лет и среднем режиме ее работы можно принимать
(303)
Поверхность катания ходовых колес с коническим ободом должна иметь твердость НВ не менее 240 кгс/мм2.
Сопротивление передвижению тележки определяется по формуле
(304)
где QK — нагрузка на данное колесо, определяемая по приведенным выше формулам и рис. 179; /п — коэффициент трения в подшипниках этого колеса; для подшипников скольжения принимают /п = 0,1, для шариковых и роликовых подшипников /п = 0,015, для конических роликоподшипников /п = 0,02; р,к — коэффициент трения качения колеса; для стальных колес диаметром 200—300 мм с цилиндрическим ободом р,к = 0,03 см, со сферическим р,к = 0,04, для стальных колес диаметром 400—500 мм с цилиндрическим ободом = 0,05, со сферическим р,к = 0,06; D« — диаметр колеса; dB — диаметр вала или оси в месте посадки подшипников; kv — коэффициент, учитывающий сопротивление трения реборд колеса о головку рельса (если они имеются) либо добавочного трения двухконусного колеса о рельс из-за разности в диаметрах конической поверхности катания; в обоих случаях можно принимать ?р = 2,5.
Выражение (304) определяет собой сумму сопротивлений передвижению всех ходовых колес и опорных роликов тележки, в общем случае имеющих разные значения входящих в формулу величин.
В период разгона:
(304')
где а — возможное ускорение, м/с2.
Момент сопротивления передвижению, приведенный к валу двигателя (без учета инерционных сил)
(305)

где Dnp — диаметр ведущих ходовых колес (или колеса); г]0 — общий КПД механизма передвижения от вала ходового колеса до вала двигателя; — общее передаточное число механизма.
Запас сцепления колес с рельсами при расчете механизма передвижения следует проверять для случая, когда ведущие ходовые колеса имеют наименьшую нагрузку; следовательно, когда сила их сцепления с рельсом имеет минимальное значение. В рассмотренных выше велосипедных, глагольных и консольных тележках (см. рис. 178, а, б, д) такое положение будет при минимальном вылете консоли Zirain либо при максимальном расстоянии Z2max И, кроме того, при порожнем флюсобункере и пустых катушках для электродной проволоки. Запас сцепления ведущих колес с рельсом при установившемся движении тележки должен быть
(306)
где— коэффициент сцепления ходового колеса с рельсом; для сварочных тележек со стальными колесами ф = 0,15; QlUm — наименьшее суммарное давление ведущих ходовых колес на рельс} в тележках, передвигающимся по клиновидным рельсам (см. рис. 179, г, д), давление колеса следует принимать равным 2Smin, а при повернутом клиновидном рельсе (см. рис. 180, а) 25i^jn, Где S и определяются по формулам соответственно (295) и (300) в зависимости от минимальных значений вертикальной и горизонтальной реакций Q и Т.

Запас сцепления следует также проверять при неустановившем- ся движении тележки, в период ее разгона. Если пренебречь тормозящим действием трения в подшипниках ходовых колес (которое в общем незначительно), то запас сцепления в период разгона

где G — вес тележки, кгс; а — возможное ускорение, определяемое действительной характеристикой электродвигателя, м/с2.
Расчет механизма подъема. Главным назначением подъемных механизмов в сварочных тележках является подъем и опускание кронштейна или выдвижной штанги, несущей на себе сварочный аппарат (см. рис. 178, а, б) либо подъем балкона в тележках типа ВТ-3, ВТ-4, ПТ-1 и др. Необходимое усилие Р для подъема штанги или балкона (рис. 181, а) складывается из веса поднимаемого груза Gx и сопротивления вращению направляющих роликов каретки, несущей на себе штангу, кронштейн или балкон. />
Вес всех поднимаемых частей Gt и положение его центра тяжести являются заданными величинами. Сопротивление вращению направляющих роликов каретки W зависит от величины опорных реакций этих роликов Т, По рис. 181, а имеем

где плечо I может быть равно нулю при расположении точки подвеса (например, гайки подъемного винта) по оси колонны или может быть отрицательной величиной — при расположении точки подвеса вправо от оси колонны.

Сопротивление вращению ролика при подъеме

где /р — коэффициент трения в подшипниках роликов; kp ==* = 1,5 -г 2 - коэффициент, учитывающий трение в ребордах роликов или потери от проскальзывания на клиновидных направляющих; рк— коэффициенты трения качения.


Необходимое подъемное усилие

где Dp—диаметр ролика; d—диаметр оси ролика в подшипниках. Если вместо роликов каретка имеет опоры скольжения, то подъемное усилие будет

где              — коэффициент трения скольжения в опорах.
При скользящих направляющих и сравнительно большом вылете консоли возникает опасность заедания вертикальной гильзы на колонне, т. е. ее самоторможения. Это может произойти, если Следовательно, условие надежности против заедания гильзы при ее подъеме запишется так:
(311)
где              — коэффициент запаса.

Следует заметить, что это условие надежности действительно и для кареток с роликовыми направляющими, но в этом случае в формулу (311) вместо fc необходимо подставить приведенный коэффициент тренияЕсли ролики смонтированы
на шарикоподшипниках, то этот коэффициент трения будет настолько мал, что опасность заедания каретки практически почти исключается.
Мощность электродвигателя механизма подъема
(312)
где ип — скорость подъема, м/мин; обычно принимают vn — = 1 -f- 2 м/мин.
Если перемещаемая масса полностью или частично уравновешена контргрузом (как, например, в тележках ПТ по рис. 169), то расчетное усилие Р соответственно уменьшается. При этом, однако, не следует забывать, что увеличение массы движущихся частей влечет за собой и увеличение динамической — инерционной нагрузки привода. Поэтому механизмы с контргрузами нужно проверять на добавочную динамическую нагрузку в период разгона, особенно при значительных скоростях подъема. При полном уравновешивании поднимаемого груза усилие подъема в период разгона приближенно будет равно
(313)
где Wn — сопротивление в направляющих и перекидных блоках канатов или цепей, к которым подвешены контргрузы.
Расчет механизма выдвижения штанги. По рис. 181, б



Усилие передвижения штанги по направляющим роликам равно сопротивлению вращению роликов Wm. При одинаковом диаметре обоих роликовги их осей dp имеем



Если штанга передвигается не по роликам, а по направляющим скольжения, то при тех же расстояниях между опорами и L
(315)
В период разгона
ч315')

Мощность двигателя механизма выдвижения штанги с учетом %

где иш — скорость передвижения штанги, обычно принимается щ ,              .,
Расчет несущих конструкций. Несущая конструкция сварочной тележки — велосипедной, глагольной, балконной — представляет собой установленную на шасси колонну с подъемно-выдвижной консолью, на конце которой подвешен сварочный аппарат.
К такой несущей конструкции предъявляются требования не только прочности, но и жесткости.
Упругая деформация несущей конструкции (рис. 182) не должна вызывать отклонения конца электрода Э по вертикали и горизонтали больше, чем допускается по технологии сварки, даже если эта деформация является величиной постоянной. Вместе с тем, вертикальный прогиб конца консоли не должен превышать величины (Н + Ь)12000, следовательно, второе условие жесткости запишется так:
(317)
Расчет по такому эмпирическому методу обеспечивает достаточную жесткость несущей металлоконструкции тележки.
На рис. 182 представлена расчетная схема несущей конструкции при максимальном вылете консольной штанги L и при наивысшем ее положении. Изгибающая нагрузка, вызывающая прогиб конструкции и отклонение конца электрода Э, состоит из сосредоточенной силы на конце консоли Ga, равной весу сварочного аппарата в полном его' вооружении, и равномерно распределенной нагрузки Gб, равной собственному весу консольной балки —• штанги с ее механизмами. Наибольший изгибающий момент консольной штанги
(318)
Птот же изгибающий момент действует по всей высоте колонны Н. Следовательно, прочность штанги и колонны может рассчитываться по общей формуле
(319)
где W6m- момент сопротивления сечения штанги или колонны.

Здесь /к, /б— моменты инерции сечений колонны и балки-штанги.
Вертикальное отклонение электрода как следствие прогиба колонны и штанги
(321)
Горизонтальное отклонение
(322)
где I — расстояние от точки закрепления сварочного аппарата на штанге до конца электрода.
Первое условие жесткости              и


[Дг] — технологически допускаемые отклонения электоола по веотикали и гооизонтали. Втопое условие жесткости
Несущая конструкция должна удовлетворять обоим условиям жесткости.

Для консольных тележек, а также для стационарных консольных кронштейнов, несущих на своем конце сварочный аппарат, при тех же обозначениях имеем



Первое условие жесткости, касающееся технологически допустимых отклонений электрода, остается в силе для всех конструкций, несущих на себе сварочный аппарат. Второе условие жесткости для консольных конструкций Дх lt; Ы1500; Д2 lt; L/2500.
В мостовых тележках (катучих балках), а также в стационарных двухопорных балках с самоходными сварочными автоматами, вертикальное отклонение электрода Дх является результатом не только прогиба балки под действием собственного веса Gq и веса авто

мата Ga, но и закручивания балки вследствие, ^эксцентрического расположения центра тяжести сварочного автомата (рис. 183). Горизонтальное отклонение электрода Д2 является только результатом закручивания балки.
alt="" />Прогиб балки по середине ее пролета



Угол закручивания балки в середине ее пролета под действием крутящего момента Мкр = Gae
(324)
где s — длина срединной линии контура поперечного коробчатого» сечения балки; F — площадь, ограниченная срединной линией; Ес = 800000 кгс/см2 — модуль упругости при сдвиге; б — толщина стенок коробчатого профиля балки.
Из условия жесткости на кручение все балки для сварочных- автоматов (катучие и стационарные), как правило, имеют замкнутый коробчатый профиль.



Поперечное горизонтальное отклонение электрода (см. рис. 183)'



Первое — технологическое — условие жесткости остается ппожним. Второе условие жесткости катучей балки

Аналогичный расчет на изгиб и закручивание производится также и для консольных несущих балок, если центр тяжести сварочного аппарата эксцентрический по отношению к поперечному сечению балки (см. рис. 183). В этом случае прогиб свободного конца консольной балки можно определять по формуле (320) как /4.
Угол закручивания для консольной балки с вылетом L
(327)

(328)
Бертикальное отклонение равно сумме прогиба конца балки и вертикального отклонения электрода Ьа3 вследствие закручивания -балки
(329)
Первое условие жесткости такое же, как и в предыдущих случаях, второе Дх ZV1500; Д2 lt; L/2500 lt; 3 мм.
В приведенных выше расчетах при определении упругих деформаций несущих конструкций учитывалась только постоянно действующая весовая нагрузка — неподвижная (собственный вес конструкции) и подвижная (вес сварочного автомата). Между тем, в процессе сварки возможно появление временной нагрузки в виде усилия руки оператора при обслуживании сварочного аппарата и его управлении. Хотя это усилие Рх сравнительно невелико (до 12 кгс), но, будучи внезапно приложенным на большом плече ах (см. рис. 183), может создать заметное поперечное отклонение электрода, если крутильная жесткость балки недостаточна. Чтобы определить это добавочное отклонение, можно воспользоваться формулой (328), подставив в нее вместо Ga и е соответственно Рх и аг.
Во всех приведенных выше расчетах мы пренебрегали упругой деформацией самого сварочного аппарата, считая его абсолютно жестким. В более точных расчетах, безусловно, следует учитывать упругость сварочного аппарата и возможные люфты в нем.
<< | >>
Источник: Севбо П. И.. Конструирование и расчет механического сварочного оборудования. 1978

Еще по теме § 34. Расчет сварочных тележек и несущих конструкций:

  1. Севбо П. И.. Конструирование и расчет механического сварочного оборудования, 1978
  2. Помещения для сварочных и газорезательных работ
  3. 1.3. Анализ методов определения долговечности (ресурса) несущих элементов механических систем
  4. § 1. Общие положения о расчетах Статья 861. Наличные и безналичные расчеты
  5. § 3. Расчеты по аккредитиву Статья 867. Общие положения о расчетах по аккредитиву
  6. § 4. Расчеты по инкассо Статья 874. Общие положения о расчетах по инкассо
  7. § 5. Расчеты чеками Статья 877. Общие положения о расчетах чеками
  8. § 2. Расчеты платежными поручениями Статья 863. Общие положения о расчетах платежными поручениями
  9. РЕКОМЕНДУЕМАЯ НОМЕНКЛАТУРА ИЗДЕЛИЯ И КОНСТРУКЦИЙ
  10. Конструкция дисплеев
  11. Прочие элементы конструкции
  12. Аргументационная конструкция
  13. Глава 5. ЗАЩИТА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ВОЗГОРАНИЯ
  14. СТРОИТЕЛЬСТВО С ПРИМЕНЕНИЕМ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ