Электроштабелер с выдвижным грузозахватным механизмом

дипломная работа

3.2 Силовой расчет механизма выдвижение вил

При силовом расчете механизма выдвижения вил необходимо учесть массу грузовой единицы (1 тонна) и массу вил (200 кг). Механизм выдвижения вил состоит из двух одинаковых плоских механизмов. Далее будет проведен расчет одного плоского механизма. Поэтому при расчете нагрузка принимается равной половине исходной величины. Кроме того, необходимо учесть неровность рабочей площадки. Следовательно имеют место три расчетных случая. Расчетные схемы для силового расчета механизма выдвижения вил представлены на рис. 3.4. Первому расчетному случаю (электроштабелер находится на ровной площадке) соответствует рис. 3.4,а. Второму расчетному случаю (электроштабелер наклонен вперед) соответствует рис. 3.4,б. Третьему расчетному случаю (электроштабелер наклонен назад) соответствует рис. 3.4,в.

Рис. 3.4. Расчетные схемы для определения реакций в рычагах механизма выдвижения вил

Грузовой единицей, для проектируемого электроштабелера, является поддон . Будем считать,, что груз в поддоне распределен равномерно, т.е. центр тяжести расположен посередине поддона. Следовательно расстояние соответствует половине длинны поддона,

Для определения реакции в шарнире В (см. рис. 3.4) составим уравнение моментов относительно точки А. Для первого расчетного случая (см. рис. 3.4,а) получим

где половина силы тяжести грузовой единицы и вил, Н.

Для второго расчетного случая (см. рис. 3.4,б) получим

где угол наклона площадке, ; расстояние между центром тяжести грузовой единицы и верхним шарниром А (см. рис. 4.3,б и 4.3,в). Это расстояние можно определить как разницу между длинной рамы механизма выдвижения вил и значением, которое соответствует положению центра тяжести грузовой единицы. Длина рамы механизма выдвижения вил составляет 1.2 м. Т.к считаем, что груз в поддоне расположен равномерно, то м.

Для третьего расчетного случая (см. рис. 3.4,в) получим

Сопротивление от трения, возникающего при качении опорного ролика по направляющей можно определить по формуле [10, с.421]

,

где коэффициент трения качения, согласно [10, с.421]мм; D - диаметр ролика, мм; диаметр цапфы, мм; коэффициент трения подшипников качения, согласно [10, с.237] . Реакции в опоре А, для первого расчетного случая(см. рис. 3.4,а), можно определить по формулам

Реакции в опоре А, для второго расчетного случая (см. рис. 3.4,б), можно определить по формулам

Реакции в опоре А, для третьего расчетного случая (см. рис. 3.4,в), можно определить по формулам

Для определения реакций в шарнирах С, D и Е рассмотрим отдельно первый и второй рычаги. Схемы рычагов приведены на рис. 3.5. и рис. 3.6.

Рис. 3.5. Расчетная схема определения реакций в первом рычаге

Рис. 3.6. Расчетная схема определения реакций во втором рычаге

Для определения реакций в шарнире С (см. рис. 3.5) составим уравнение моментов относительно точек D и Е.

(3.3)

Из первого уравнения системы (3.3) выразим реакцию

. (3.4)

Подставив выражение (3.4) во второе уравнение системы (3.3) с учетом, что получим

.

Выразим отсюда реакцию с учетом, что .

.

Реакции в шарнирах E и D (см. рис. 3.5 и 3.6) можно определить из уравнения проекций сил на вертикальную и горизонтальную оси для первого и второго рычага.

Для первого рычага получим

Для второго рычага получим

Для определения реакций в шарнирах G, K, M и P рассмотрим отдельно третий и четвертый рычаги. Расчетная схема третьего и четвертого рычагов приведены на рис. 3.7 и рис. 3.8.

Рис. 3.7. Расчетная схема определения реакций в третьем рычаге

Рис. 3.8. Расчетная схема определения реакций в четвертом рычаге

Проанализировав схемы можно утверждать, что

Составим уравнения моментов относительно точек М и К (см. рис. 3.7 и 3.8)

(3.5)

Усилие можно выразить через (см. рис. 3.9).

Рис. 3.9. Схема усилий, создаваемых гидроцилиндром в шарнире G

. (3.6)

Выразим реакцию из второго уравнения системы (3.5).

. (3.7)

Кроме того, сумма реакций на ось OY даст выражение

(3.8)

Подставляя выражения (3.6), (3.7) и (3.8) в первое уравнение системы (3.4), получим

(3.9)

С учетом, что выразим из уравнения (3.9) реакцию .

Для нахождения реакции составим уравнение суммы реакций на ось ОХ для третьего рычага

.

Данные расчеты проведены без учета сопротивления от трения возникающего при качении ролика по направляющей.

Силу сопротивления можно определить по формуле [10, с.421]

.

Таким образом, для определения реакций в шарнирах G, M, K получим следующие выражения

Расчет проведен с помощью программы Mathcad для десяти значений угла , результаты расчета приведены в Приложение 1.

Таким образом, усилие на штоке гидроцилиндра можно определить по формуле

.

Из полученных выше результатов (см. таблицы 3.3, 3.4, 3.5) можно сделать вывод, что наибольшие значения усилий соответствуют второму расчетному случаю.

Кроме того, необходимо учесть трение в узлах, для чего необходимо учесть КПД механизма выдвижения вил

,

где 16 - число подшипников качения; КПД подшипников качения, .

Таким образом, усилие на штоке гидроцилиндра будет определяться по формуле

. (3.10)

Подставляя значения в выражение (3.10), получим усилие на штоке гидроцилиндра. Результаты расчета приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 Значения усилия Р

,град

Р,Н

19.5

4469

28.8

3174

37.6

2570

45.88

2244

53.5

2062

60.64

1968

67.24

1936

73.4

1957

79.1

2032

84.62

2170

Как было сказано раньше, расчет проведен для одного плоского механизма, а механизм выдвижения вил состоит из двух таких механизмов. Поэтому усилие на штоке гидроцилиндра можно определить по формуле Н.

Для определения сечения рычагов необходимо определить изгибающий момент и продольное усилие в каждом рычаге. Для этого перейдем к другой системе координат, направив ось ОХ вдоль рычага, а ось ОУ перпендикулярно рычагу.

Рассмотрим первый рычаг

Рис. 3.10. Схема сил, действующих на первый рычаг

Суммарные силы в шарнирах D и С (см. рис. 3.10) можно определить по формулам

где значения усилий получены выше (см. Приложение 1).

Кроме того, для определения проекций сил на оси необходимо определить углы между силами и осями.

.

Тогда уравнения проекций сил на оси будут определяться по формулам

Рассмотрим второй рычаг

Рис. 3.11. Схема сил, действующих на второй рычаг

Суммарные силы в шарнирах А, Е и С (см. рис. 3.11) можно определить по формулам

где значения усилий получены выше (см. Приложение 1).

Кроме того, для определения проекций сил на оси необходимо определить углы между силами и осями.

.

Тогда уравнения проекций сил на оси будут определяться по формулам

Рассмотрим третий рычаг

Рис. 3.12. Схема сил, действующих на третий рычаг

На схеме (см. рис. 3.12) усилие Р, для удобства, приложено не к шарниру G. На самом деле, усилие Р действует на шарнир G.

Суммарные силы в шарнирах D, G, P и M (см. рис 3.12) можно определить по формулам

где значения усилий получены выше (см. Приложение 1).

Кроме того, для определения проекций сил на оси необходимо определить углы между силами и осями.

.

Тогда уравнения проекций сил на оси будут определяться по формулам

Рассмотрим четвертый рычаг

Рис. 3.13. Схема сил действующих на четвертый рычаг

Суммарные силы в шарнирах Е, G и К можно определить по формулам

где значения усилий получены выше (см. Приложение 1).

Кроме того, для определения проекций сил на оси необходимо определить углы между силами и осями.

.

Тогда уравнения проекций сил на оси будут определяться по формулам

Расчет выполнен для 10 положений рычагов в зависимости от угла с помощью программы MathCad, результаты расчета для трех расчетных случаев приведены в Приложении 2.

Делись добром ;)