INSTALATII MECANICE - Sa se proiecteze la nivel de calcul al principalilor parametrii tehnologici si constructivi un manipulator de forja

Facultatea: STIINTA SI INGINERIA MATERIALELOR

Disciplina: INSTALATII MECANICE

TEMA DE CASA

A. Cerinte:

Sa se proiecteze la nivel de calcul al principalilor parametrii tehnologici si constructivi un manipulator de forja.

B. Date initiale:

Mecanismul de oscilare al bratului

- mecanismul de oscilare al bratului prin palan cu cablu

a)    G_s = 2000 Kg

b)   G_a = 3000 Kg

c)       a = 3200 mm

d)       h₀ = 1.3 m

e)       t₀ = 25 s

f)        m = 5 (unde m = nr. scripeti)

g)      η_s = 0,9

h)      b = 2800

- mecanismul de oscilare al bratului prin sector dintat

a) G_s = 5000 Kg

b)         G_t = 8000 Kg

c)         a = 2,5 m

d)         b = 2

e)         c=3m

f)           h = 1.3 m

g)         t = 10 s

Mecanismul de rotire al bratului

a) G₀ = 5000 Kg

b) r = 170 mm

c) viteza de rotatie = 8 rot/min

d) p = 100 Kgf/cm² (presiunea de lucru a uleiului in cilindru)

e) a = 1800 mm; b = 700 mm (elementele geometrice ale bratului)

f) μ_l = 0,1 (coeficientul de frecare in lagare)

g) c = 450 mm; d = 500 mm (elementele constructive ale clestelui)

h) μ = 0,3 (coeficientul de frecare dintre falcile clestelui si lingou)

i) G_m = 1820 Kg

j) G_p = 1299 Kg

k) G_c= 5881 Kg

Mecanismul de rotire a platformei

a) G_s = 14 000 Kg

b) a = 3800 mm

c) e = 1700 mm

d) G₀ = 4 000 Kg

e) b= 1500 mm

f) d = 680 mm

g) c = 2500 mm

h) h = 340 mm (inaltimea pivotului in lagarul de rostogolire)

i) d_r = 100 mm (diametrul arborelui rotitor de rulare a platformei)

j) D_r = 500 mm (diametru! exterior al rotilor de rulare a platformei)

k) R_r = 900 mm ( raza sinei pe care se face rotirea platformei)

l) r_l = 200 mm (raza lagarului pivotului)

m) μ = 0,05 (coeficientul de frecare in lagar si la rularea rotilor pe sina)

n) f = 0,05 (bratul parghiei de frecare la rostogolirea rotilor pe sina)

o) t _c = t_r = 5 s (timpul de demarare a caruciorului si a platformei la rotire)

p) v_c = 20 m/min (viteza medie lineara a caruciorului)

q) n_c = 4 rot/min (viteza medie de rotire a platformei)

r) η = 0,7 (randamentul mecanismului)

C. Elemente de calcul

Mecanismul de oscilare al bratului

Mecanismul de oscilare al bratului prin palan cu cablu

Puterea de actionare se calculeaza cu relatia:

P = k (F_{o *} v) / 102 _* η [kw]

Pentru a se determina viteza periferica a tamburului reductorului se tine seama de raportul de transmisie la palanului, care este egal cu numarul de scripeti care ii formeaza si de viteza cu care oscileaza.

v = v_{0 *} i_p = h₀ / t_{0 *} i_p = 0,26 m/s

Mecanismul de rotire a bratului

Reactiunile A si B ce se nasc in lagarele bratului se detremina pe baza ecuatiilor:

A = (a + b) / a _* G_t = 19,4 t

B = b / a _* G_t = 5,4 t

Momentul de rotire la axul bratului are valoarea:

M_r = (A + B) _* r _* η_l = 0,4215 tfm

Cunoscandu-se momentul de rotire si viteza de rotatie in jurul axei orizontale se poate determina puterea de actionare conform relatiei:

P = (k _* M_{r *} n) / (375 _* η) = 5,44 kw

Coeficientul de frecare suplimentara k = 1,1 si randamentul mecanismului η = 0,7.

Determinarea fortei din tija:

F = G_{l *} X_L / X_{P *} d / c _* 1 / μ = 185 tf

Mecanismul de rotire a platformei

Valoarea contragreutatii

G_s = [(1 / 2 G_{a *} a) + (G_{b *} b)] / c = 13,1 t.

Pentru determinarea puterii motorului de actionare, in vederea rotirii platformei va trebui determinat momentul total ce trebuie invins. In acest scop se va stabili pozitia centrului de greutate pentru doua situatii distincte, respectiv pentru cazul cand manipulatorul lucreaza fara semifabricat in cleste si cazul cu sermifabricat.

Cazul fara semifabricat in cleste

Se determina pozitia centrului de greutate g de coordonate x si y:

x = (c - G_{g *} c - G_{b *} b) / (G_g - G_b ) = 0,93 m

y = (G_{g *} d + G_{p *} d + G_{b *} e ) / (G_g + G_p + G_b) = 0,82 m.

Momentul total rezistent determinat de fortele stabilite are expresia:

M_t = M_r + M_f + M_imax

in care:

M_r este momentul rezistent la rotirea platformei;

Mf este momentul de frecare in lagarul pivolant;

M_imax     este momentul rezistent dat de fortele de inertie.

Explicitand fiecare moment rezistent in parte, rezulta:

M_r = (G_{t *} R_{r *} μ _* d_r + 2 _* f) / D_r = 0,272 tfm

M_f = G_{t *} μ _* (c - x) + ΣH _* μ _* r_c

unde: ΣH reprezinta suma rezultatelor din partea superioara si inferioara a

lagarului.

M_f = 29,8 _* 0,05 _* (2,5 - 0,9) + (143 + 144) _* 0,05 _* 0,2 = 5,25 tfm

M_i = F_ir (c - x) - F_i (c - x) sin α

Valoarea maxima a acestui moment se obtine prin anularea primei derivate a expresiei in raport cu variabila α, respectiv:

dM_i = - F_i (c - x) _* cos α = 0

rezulta ca pentru α = 90, momentul fortelor de inertie este maxim, deci:

M_imax = (F_ir - F_i) _* (c - x) = (0,254 - 0,202) _* (2,5 - 0,9) = 0,0832 tfm.

Puterea necesara pentru rotirea platformei va avea expresia:

P = M_{t *} n_c / 975 _* η = 33 kw

Cazul cu semifabricat in cleste

Pozitia centrelor de greutate g se calculeaza cu relatiile:

x = (c + G_{s *} a + G_{b *} b + G_{g *} c) / (G_g + G_b + G_s ) = 3,35 m

y = (G_{g *} d + G_{p *} d + G_{b *} s + G_{b *} e) / (G_g + G_p + G_b + G_s) = 1,10 m.

Calculul momentelor rezistente:

M_r = (G_{t *} R_{r *} μ _* d_r + 2 _* f) / D_r = 0,41 tfm

M_f = G_{t *} μ _* (x - 0) + ΣH _* μ _* r_c

M_f = 44,8 _* 0,05 _* (3,37 - 2,5) + (117 + 118) _* 0,05 _* 0,2 = 4,3 tfm

M_i = F_ir (x - c) - F_i (x - c) sin α

M_imax = (F_ir + F_i) _* (x - c) = (0,381 - 0,305) _* (3,37 - 2,5) = 0,595 tfm.

Puterea necesara pentru rotirea platformei va avea expresia:

P = M_{r *} n_c / 975 _* η = 31 kw

Concluzie: din cele doua situatii analizate rezulta ca situatia nefavorabila o prezinta cazul cand in clestele manipulatorului nu se afla prins semifabricatul.

Alegerea elementelor tipizate

Mecanismul de oscilare al bratului

1. Motor

• Tip: ASI 160 M - 42 - 4
• Puterea: P= l l kw
• Turatia: n = 1440 rot/min
• Curent nominal = 22,89 A
• l_p / I_n = 6,5
• M_P / M_n = 2
• M_max / M_n = 2,2
• GD² = 0,314 daNm²
• Masa neta = 103 kg

2. Reductor

• Tip: 3C1 - 001
• Puterea nominala = 11,5 kw
• i_r = 80
• Distanta intre axe: A = 770 mm

3. Cuplaj

• GD_i² = 0,543 daNm²
• Viteza de rotatie maxima = 3500 rot/min
• M_n = 5300Nm
• Diametrul nominal = 75.80 mm
• Numarul cuplajului 5

Mecanism de rotire al bratului

1. Motor

• Tip: ASI 132 S - 38 - 4
• Puterea: P = 5,5 kw
• Turatia: n = 1440 rot/min
• Curentul nominal = 11,99 A
• l_p / I_n = 6,5
• M_P / M_n = 2
• M_max / M_n = 2,2
• GD² = 0,115 daNm
• Masa neta = 59,50 kg

2.Reductor

• Tip: 1C1 - 001
• Putere nominala = 5,6 kw
• Distanta intre axe: A = 80 mm
• Raport de transmisie: i_r = 2
• Turatia: n = 1500 rot/min

3.Cuplaj

• GD_i² = 0,116 daNm²
• Viteza de rotatie maxima = 4000 rot/min
• M_n = 2120 Nm
• Diametrul nominal = 55,60 mm
• Numarul cuplajului    3

Mecanismul de rorire al platformei

1.Motor

Tip: ASI 225 S - 60 - 4

Puterea: P = 37 kw

Turatia: n = 1 465 rot / min

Curent nominal = 72,6 A

l_p / I_n = 6,5

M_P / M_n = 2,5

M_max / M_n = 2,7

GD² = 2,3 daNm

Masa neta = 365 Kg

2. Reductor

• Tip: 2C1 - 001
• Puterea nominala = 37,5 kw
• Distanta intre axe: A = 570 mm
• Raportul de transmitere i_r = 20

3.Cuplaj

• GD_i² = 2,335 daNm²
• Viteza de rotatie maxima = 3000 rot/min
• M_n = 15000 Nm
• Diametrul nominal = 120 mm
• Numarul cuplajului    8

NORME DE TEHNICA SECURITATII MUNCII

Pentru prevenirea accidentelor in sectoarele de forja trebuiesc respectate urmatoarele masuri de tehnica securitatii

• amplasarea utilajelor se va face in asa fel incat sa nu se blocheze usile si caile de acces , iar transportul intre operatii sa nu traverseze caile de acces.
• deservirea cuptoarelor cu vatra mobila se va face numai atunci cand vatra se gaseste afara din cuptor.
• operariile de lucru la cuptoarele cu vatra mobila se vor incepe numai dupa ce s-a asigurat mijloacele necesare de combatere a incendiilor.
• pentru manevrarea si transportul pieselor grele si calde se vor folosi clesti de ridicat speciali pentru sarcinile respective.
• la forjarea pieselor grele este obligatoriu folosirea produselor de forjare , calculate la sarcinile respective.
• cuptoarele vor fi prevazute cu dispozitive mecanizate pentru manevrarea usilor.
• la cuptoarele electrice cu camera vor fi prevazute intrerupatoare care vor opri alimentarea cu curent a cuptorului in momentul deschiderii usii.
• supravegherea , aprinderea si stingerea focului la cuptoare vor fi incredintate numai fochistilor autorizati.
• folosirea echipamentului de protectie