Модернизация патронного полуавтомата 1П756 (стр. 14 из 17)

2.16 Проектирование гидростатических направляющих

Гидростатические направляющие обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными направляющими смешанного трения. Они обеспечивают минимальную, не зависящую от нагрузки, силу трения в широком диапазоне скоростей, практически не изнашиваются, имеют относительно высокую демпфирующую способность. Эти достоинства определяют все более широкое распространение гидростатических направляющих в станкостроении.

2.16.1 Принцип работы

Особенность гидростатических опор состоит в том, что масло, разделяющее скользящие поверхности, подводится к ним извне с помощью насоса. Масло поступает через отверстие в карман, в котором давление одинаково во всех точках, поскольку глубина кармана велика (1—4 мм). Карман окружен перемычками, препятствующими свободному вытеканию масла из кармана. Истечение масла возникает после того как подвижный элемент всплывает на величину hи масло через образовавшуюся щель по периметру кармана вытекает наружу. Величина всплытия определяется количеством масла, подводимым к карману; давление р₁ в кармане устанавливается автоматически и зависит только от нагрузки F, на опору. При увеличении нагрузки (F₂>F₁) давление повышается до р₂.

Толщина масляной пленки уменьшается до h₂, причем источник питания должен обеспечить возможность увеличения давления в карманах в рабочем диапазоне нагрузок.

Для восприятия нагрузок различного направления, в том числе опрокидывающих моментов М на каждой рабочей поверхности предусматривают несколько карманов (по меньшей мере, два), в каждый из которых масло подводится из своего устройства (системы питания) благодаря чему в карманах устанавливаются давления определяемые нагрузкой, приходящейся на каждый из карманов. При центральной нагрузке Fдавления р₁ в карманах одинаковые а под действием опрокидывающего момента М в карманах устанавливаются давления р₂, р₃, определяемые нагрузкой на карманы. При этом подвижный узел может перекашиваться на угол а.

Большое влияние на эксплуатационные характеристики оказывают

системы питания карманов. При системе питания насос — карман в каждый карман опоры независимо от нагрузки в единицу времени подводится постоянное количество масла, например с помощью многопоточного насоса. При системе питания с дросселями достаточно иметь один насос, который подает масло через дроссели к каждому карману. Дроссели, на которых падает давление от р_н до р_i (p_н>р₁…р₄), нужны для того, чтобы при различной нагрузке на карманы 1к—4к давления в них не могли выравниться. В системе с регуляторами сопротивление каждого из них определяется давлением р₁-р₄ в кармане, которое уменьшается с повышением давления. Это обеспечивает более благоприятное (с учетом характера нагружения) распределение расхода по отдельным карманам, что значительно повышает жесткость масляного слоя. Из-за сложности эту схему применяют редко.

2.16.2 Эксплуатационные характеристики

Результаты расчетов эксплуатационных параметров соответствуют экспериментальным показателям с погрешностью не более 10—15%, поэтому больших запасов при расчете параметров не требуется. При расчете во многих случаях можно пользоваться следующими допущениями:

- сопротивление истечению опор, поверхности которых не параллельны, определяют по средней толщине пленки в каждом кармане;

- наиболее важные эксплуатационные характеристики, такие как несущая способность, жесткость масляного слоя, следует анализировать, принимая во внимание упругие деформации и погрешности изготовления деталей опоры, вводя в расчет так называемый начальный зазор, который обусловливает такой же дополнительный расход масла через опору, как и реальная погрешность.

2.16.3 Расчет гидростатических направляющих

Исходные данные

Вес верхнего суппорта G_s=10 кН

Используемое масло ИГП-8 (η=32*10^-3 Па*с при 20ºС и η=17*10^-3 Па*с при 30ºС)

Начальный зазор h₀=30 мкм

h_min=12 мкм; h_max=55 мкм;

1. Определим эффективную площадь кармана

площадь всех карманов S_эфi=0.02*2=0.04 м²

2. Рабочие давления

где G_s – вес верхнего суппорта

3. Предварительная расчетная толщина масляной пленки при нагрузке

4. Сопротивление истечению жидкости

где k₀ - коэффициент учитывающий геометрию кармана и вязкость масла

5. Требуемая производительность

Выбираем насос, имеющий по паспорту расход, близкий к Q

Q_ф=025*10^-3м³/с=15 л/мин

Все дальнейшие расчеты проводим исходя из фактического расхода насоса Q_ф

6. Уточняем фактическое сопротивление истечению

Па*с/м³

7. Определяем жесткость масляного слоя

C_min=3G/h_pmax=3*10/85=0.35 кН/мкм

C_max=3G/h_pmin=3*10/42=0.71 кН/мкм

8. Общие потери мощности в опорах N_общ=N_Q+N_V, где N_Q-потери мощности при проталкивании смазочного материала через зазор между смазываемыми поверхностями

N_Q=р*Q_ф=0,25*10⁶*0,25*10^-3=62,5Вт;

N_V – потери мощности при относительном перемещении смазываемых поверхностей;

, здесь F_tp – сила жидкостного трения; S_V– площадь смазываемой поверхности, по которой происходит сдвиг слоев масла, т. е. общая площадь опоры за вычетом площади карманов; v- скорость относительного перемещения смазываемых поверхностей.

N_Q=р*Q_ф=0,25*10⁶*0,25*10^-3=62,5Вт;

,

где S_V=B₁L-b₁l₀=90*550-10*250=47000мм²=0,047м² для каждой направляющей;

Вт

N_общ=N_Q+N_V=62,5+2560=2622,5 Вт;

9. Расчет максимальной температуры

При дроссельной системе t_вх= t_б = 30 ºС. Пренебрегая теплотой отводимой базовыми деталями (k=0) получаем:

ºС

3.Организационно-экономическая часть

3.1 Сравнительный технико-экономический анализ проектируемого и базового варианта

В дипломном проекте решается задача решается задача необходимости модернизации патронного полуавтомата 1П756.

Эта необходимость вызвана тем, что базовый вариант станка не соответствует современным требованиям, в частности, по надежности. Модернизация проводится посредством замены опор шпинделя на гидростатические. Что позволяет не только повысит надежность за счет уменьшения износа, но и повысить демпфирующие способности и качество обрабатываемой повехности .

Для экономического обоснования модернизации необходимо рассчитать капитальные и эксплуатационные затраты по сравнительным вариантам станков.

Исходные данные:

Показатели	Единицы измерения	Базовая модель	Модернизированная
Фонд времени работыВремя непрерывной работыСреднее число отказовСреднее время устранения 1отказа	часчасед/годчас	2560160,5342	2560160,2730

Таблица10

3.2Расчет капитальных затрат при модернизации патронного полуавтомата мод. 1П756

К=Ц+S_транс+S_монтаж

К – капитальные затраты.

S_транс – затраты на транспортировку.

S_монтаж – затраты на монтаж.

S_транс =0; S_монтаж =0.

Ц₂= Ц₁-S_искл+ S_ввод

Где Ц₁ - себестоимость базового станка

S_искл – себестоимость исключаемых элементов

S_ввод – стоимость вводимых элементов.

Наименование детали	Количество	Стоимость	Сумма
Гидростатический подшипник	2	8500	17000
Двухрядный роликоподшипник	2	3500	7000
Упорно-радиальныйподшипник	1	4250	4250

Таблица 11

Ц₂= Ц₁-S_искл+ S_ввод =1200000-7000-4250+17000 = 1205750 р.

Все цены приведены с сайтов производителей оборудования.

3.3 Расчет эксплуатационных затрат

Эксплуатационные затраты – это себестоимость продукции или услуг, получаемых в результате использования в течение года. Эксплуатационные затраты рассчитываются в объеме технической себестоимости.

Техническая себестоимость (S_техн) – сумма затрат по сравниваемым статьям разных вариантов станков. В моем случае расчет сводится к расчету затрат на ремонт.

a) Годовые расходы на заработную плату ремонтников в год.

где: C_час – часовая ставка ремонтных рабочих;

t – время устранения отказа;

n – количество отказов в год;

- базовая модель;