Расчет пневматического цилиндра толкателя

 

Ориентируясь на конструкцию конвейера, определяем максимальный выход поршня пневмоцилиндра толкателя подшипников. Принимаем конструктивно ход поршня пневмоцилиндра S₁=300 мм. Составляем расчетную конструктивную схему пневмотолкателя букс

 

Производим расчет параметров пневмопривода толкателя состоящего из пневмоцилиндра одностороннего действия с возвратной пружиной. Для цилиндра одностороннего действия условие равновесия поршня в цилиндре выражается уравнением

 

Рн≥Рс

 

Где: Рн - номинальное тяговое усилие поршня, Н;

Рс - суммарные силы сопротивления перемещения поршня в прямом направлении, Н.

 

Рс = Рn + Рт + Ри

 

Где: Рn - полезная нагрузка прямого хода, Н;

Рт - сила трения в уплотнении поршня, Н;

Ри - сила инерции массы частей, перемещаемых в прямом направлении, Н.

Определяем полезную нагрузку прямого хода цилиндра

 

Рn = m_п*n + m_n + m_в

 

Где: m_п - масса подшипника, m_п = 38 кг;

n - количество сталкиваемых подшипников, n = 2;

m_n - масса подвижных частей цилиндра (поршня и штока), принимаем m_n = 15 кг.

m_в - усилие возвратной пружины.

Полезная нагрузка прямого хода составит

 

Рп = 38*2 + 15 + 25 = 116 кг ≈ 1160 Н

 

Тяговое усилие поршня определяется

 

Рн = 100р*F = 33F

 

Где: 100 - переводной коэффициент;

Р - рабочее давление в полости цилиндра, принимаем равным 0,33 мПа;

F - площадь поршня, см², F = 314 см²

 

Рн = 33*314 = 10362 Н.

 

Сила трения манжеты о стенку цилиндра определяется

 

Рт = 100*f*π*D*b*p,

 

Где: f - коэффициент рения манжеты о стенку цилиндра, принимаем равным 0,15;

D - диаметр цилиндра, см, D = 20 см;

b - высота манжеты (длина прилегания манжеты к стенке цилиндра);

р - давление в полости цилиндра, р = 0,33 мПа

Площадь трения π*D*b в манжетах по ГОСТ 6969-54 составляет от 0,33F до F.

Для предварительных расчетов можно принять среднюю величину π*D*b = 0,66F. Тогда потери на трение в уплотнении поршня

 

Рт = 100*0,15*0,66*F*р = 10Fр

 

При прямом ходе

 

Рт = 10*F*0,33 = 3,3F

Рт = 3,3*314 = 1036,2 Н.

 

При расчете сил инерции можно принять, что разгон перемещаемых частей происходит с постоянным ускорением, м/с:

 

а = 0,02*S/t²,

 

где: S - ход поршня, см;

t - время перемещения поршня, принимаем равным 2 сек;

Сила инерции при прямом ходе, Н

 

Ри = m*а = 0.02m*S/ t² ,

 

Где: m - масса частей, перемещаемых при прямом ходе.

 

Ри = 0,02*91*30/4 = 13,65 Н.

 

Подставив в уравнение условия равновесия поршня цилиндра значения отдельных составляющих, получим

 

F = Рn + 3,3F + 0.02m*S/ t²

 

Заменив F на π*D²/4 и решив это уравнение относительно D, получим:

 

 

Подставив числовые значения входящих величин в данное выражение, определим предварительно диаметр цилиндра, см:

 

 см

 

По ГОСТ 6969-54 выбираем манжету с наружным диаметром 8 см, b=1,2см.

Уточненное значение номинального тягового усилия составит

 

Рн = 33F = 33 πD²/4 = 33*π*64/4 = 1657,36

 

Уточненное значение силы трения, Н, в уплотнении поршня определяется

 

Рт = 100*f* π*D*b*p = 100*0,15* π*6*1*0,33 = 93,26

 

Уточненное значение силы инерции, Н, при прямом ходе

 

 

Уточненное значение суммарных сил сопротивления, Н, составит

 

Рс = Рп + Рт + Ри = 1160 + 93,26 + 13,65 = 1266,91

 

Условие равновесия поршня в рабочем цилиндре Рн>Рс, так как 1657,26>1266,91. Следовательно, пневмопривод одностороннего действия с рассчитанными параметрами работоспособен.

Далее определяем диаметр штока, см

 

d = 0.25D = 0.25*8 = 2

 

Проверяем шток на продольную устойчивость (Ркр>Рн)

 

,

 

где: Е - модуль упругости материала штока, Е = 2,1*10⁷ мПа;

длина штока, равная 1,5*S

 

 Н

 

Так как 20351>1657,26, следовательно, условие на продольную прочность выполняется.