Разработка конструкции стенда для сборки и разборки головок блока цилиндров

              для                                               (13)

    РП = Р′/(Ff),                                                                                 (14)

                                                                                     (15)

где р′ – приведенная сила на штоке, Н;  

       F – площадь поршня, м²

       f   - коэффициент трения между поршнем и цилиндром;

       Р –давление воздуха, МПа;

              Рассчитаем F:

= 3,14х0,162 = 0,08 м2;

              Рассчитываем Pn:

Pn = 7000/(0,08х0,015)x106 = 5,8 МПа;

              Рассчитываем ε:

ε = Pn/p = 5,8/0,4 = 14,5,

таким образом: ε = 14,5 ≥ 0,528.

              Рассчитываем β – отношение диаметра воздухопровода к диаметру цилиндра.

β = dB/D = 0,022/0,16 = 0,138.

              Подставляем найденные значения в формулу (12), получим время срабатывания пневмопривода:

.

2.1.3  Геометрический расчёт стенда для разборки – сборки

          головок блока цилиндров

Геометрический расчёт стенда заключается  в определении основных размеров стенда (см. рисунок 2).

Необходимо определить следующие размеры:

    -  габаритные размеры самого стенда;

-         размеры опорной поворотной плиты;

-         длину рычага штока пневмоцилиндра;

-         расстояние от уровня пола до поверхности стола, от уровня пола до устанавливаемой головки блока цилиндров, от поворотной плиты до направляющих;

-         некоторые другие размеры.

Габаритные размеры стенда определяются в основном размерами стола, на который необходимо установить две стойки, поворотную плиту, пневмоцилиндр,  пневмокран; высота стенда зависит от высоты штока пневмоцилиндра  и хода этого штока.

В результате учёта всего вышеперечисленного принимаем габаритные размеры стенда равными 1200 х 720 х 1300.

Размеры поворотной опорной плиты необходимо назначить, учитывая следующие факторы: на опорную поворотную плиту возможна уста­новка сменных плит (для различных головок блока), т.е. размеры сменных плит зависят от габаритных размеров различных головок, что в конечном счёте и влияет на размеры поворотной  опорной плиты.

Длина рычага штока пневмоцилиндра определяется расстоянием от конца поворотной плиты до направляющей штока, которое в свою очередь  определяется удобством установки – снятия клапанов.

Принятые размеры обозначены на рисунке 2.

2.2. Проверочные расчёты конструкции стенда для разборки-

          сборки   головок блока цилиндров

В качестве проверочных расчётов конструкции данного стенда необ­ходимо произвести расчёт на прочность нажимной планки, на которую давит рычаг штока пневмоцилиндра.

2.2.1. Расчёт на прочность установочных пальцев

Ремонтируемая головка блока цилиндров устанавливается на пово­ротную плиту и фиксируется с помощью двух установочных цилиндри­ческих пальцев (см. п.  2.1.1).

Расчёт на прочность установочных пальцев сводится к расчёту на сдвиг (срез), так как на установочный палец действуют  лишь каса­тельные напряжения, а нормальными напряжениями, исходя из осо­бенностей установки пальца можно пренебречь. 

Условие прочности в данном случае будет выглядеть следующим об­разом:

                                                                                       (16)

              расчётные напряжения по площадке сдвига, среза.

              Для дальнейших расчётов необходимо ввести следующие обозначения (рисунок 3):

РΣ – суммарные силы, которые  действуют на установочный  

         палец, Н;

Р – усилия от касательных напряжений, возникающих в

         установочном пальце, Н;

РN – усилия от нормальных напряжений, возникающих в

         установочном пальце, Н;

PШ – усилие, передаваемые штоком пневмоцилиндра, Н;

Gт – вес головки блока цилиндров, кг.

Суммарная сила РΣ , возникающая в пальце складывается из усилий РШ и усилий Gт:

РΣ = РШ+ GТ, Н;                                                                              (17)

РΣ =7000+120=7120 Н.

Исходя из треугольника сил (см. рисунок 3), определяем Р:

Р= РΣ · sin10º, Н;                                                                    (18)

Р= 7120 · sin10º=1236 Н.

Касательные напряжения по плоскости среза определяются из сле­дующего выражения:

т.е. условие прочности перепишется следующим обра­зом:

                                                                           (19)

где

Р– сила, действующая в плоскости сдвига (среза);

n – число установочных пальцев;

d – диаметр установочного пальца;

m – число плоскостей среза установочного пальца.

Из [1] определяем допускаемое напряжение  при срезе  , таким об­разом, чтобы условия выполнялось. Допустимое напряжение при срезе для нормализованной стали 20Х  = 120 МПа, т.е. данная сталь удовлетворяет  условию.

2.2.2. Расчёт на прочность нажимной планки

Нажимная планка является ответственной деталью, испытывающая переменную нагрузку, кроме того нажимная планка имеет большую длину при не­большом сечении.

Нажимная планка работает на изгиб, условия прочности при изгибе выглядит следующим образом:

,                                                                  (20)

где:

максимальные нормальные напряжения в опасном  

             сечении, МПа;

Мmax – максимальный момент, возникающий в опасном сечении,

              МПа;

W х – осевой момент сопротивления, см3;

              Необходимо заметить, что опасным считается то сечение, в кото­ром возникает наибольший изгибающий  момент.

              Для балок прямоугольного сечения со сторонами b и h осевой мо­мент сопротивления равен:

                             W x =                                                    (21)

Wx = 1,2 x 4,5² / 6 = 4,05 см³.

Для нахождения максимального момента необходимо рассмотреть самый опасный вариант нагружения  нажимной планки (см.  рисунок 4).

Такой вариант нагружения возникает, когда на стенде отсутствует головка блока цилиндров, а шток пневмоцилиндра находится  в нижнем положении  и усилия  от l-образного рычага штока не компенсируются усилиями от пружин клапанов.

т.1. Ми=0 Нм;

т.2. Ми`= -Рст х 0,28 = -150 х 0,28 = - 42 Нм;

т.3. М`и = -Рст х 0,28 = -150 х 0,28 = - 42 Нм;

Т.4. Ми = 0 Нм;

Где

Рст – усилие, от сжатия пружин стоек, Н;

Таким образом, максимальный момент M max = 42 Н,

    =                                                   (22)

              Для данной детали принимаем закалённую, нецементированную сталь 20Х, у которой  

= 220 МПа > 10,37 МПа.

3 Описание разработанной конструкции стенда для разборки и 

сборки головок блока цилиндра

3.1  Устройство стенда для разборки и сборки головок

Стенд для разборки и сборки головок блока цилиндров состоит из сварного стола 1 на который устанавливаются две стойки 7 и 8, в которых шарнирно закреплена пово­ротная плита 2, на которую в свою очередь крепится сменная плита 4. На поворотную плиту 2 также крепятся две колонки с пружинами по которым перемещается прижимная планка.

На прижимную планку воздействует С - образный рычаг штока в пнев­моцилиндре 3.

Пневмоцилиндр  снабжается также пневматическим краном 62, влаго­отделителем  60 и маслораспылителем 61.

Поворотная плита 2 снабжена механизмом фиксации, представляю­щим собой  делительный  диск, в пазы которого заходит рычаг 10, тем самым фиксирует поворотную плиту.

Вертикальная тяга 6 рычага 10 имеет регулировочную вилку, необхо­димую для обеспечения изменения длины тяги, тем самым обеспечи­вая надежную фиксацию рычага в пазах делительного диска.  Дру­гим концом вертикальная тяга соединена педалью 11, опирающейся  на кронштейн педали. Педаль снабжена пружиной возврата 15, обеспечивающая постоянное зацепление рычага с делительным дис­ком.

3.2   Работа стенда для разборки-сборки головок

Как уже указывалось ранее работа стенда для разборки  и сборки головок блока цилиндров основана на сжатии клапанных пружин усилием, развиваемым пневмоцилиндром.

При снятии клапанной группы головку цилиндров устанавливают на поворотную плиту таким образом, что бы установочные пальцы сменной плиты 4 вошли в отверстия головки, на плите 4 устанавли­ваются также упоры, предотвращающие выпадение клапанов.

Рычаг  пневмокрана  устанавливается в положение опускания, ко­гда рычаг штока полностью сожмёт пружины необходимо снять ос­вобождённые сухари клапанов.

После этого рычаг пневмокрана устанавливается в такое положе­ние, которое соответствует поднятию рычага штока пневмоцилин­дра, и снимаются остальные элементы клапанной группы.

Затем при помощи педали 11 рычаг 10 выводят из зацепления с делительным диском и поворачивая плиту в положение, наибо­лее удобное для снятия головки, фиксируют.

Установка элементов клапанной группы выполняется аналогично, но в обратной последовательности операций.

По сравнению с существующими конструкциями данный стенд от­личается тем, что для повышения удобства работы на стенде рычаг выполнен   l-образным и шарнирно связан со штоком пневмоцилин­дра, ось которого совмещена с осью клапанных пружин и отверстий нажимной планки, причём последняя перемещается по направ­ляющим колонкам, всё это в совокупности позволяет предотвратить клапаны от деформации во время и снятия или установки.

Подвод сжатого воздуха производится из заводской магистрали. Воздух проходит через  влагоотделитель,  маслораспылитель и в зависимости от положения распределительного пневмокрана пода­ётся либо в верхнюю, либо в нижнюю часть пневмоцилиндра.

4        Техническая характеристика конструкции стенда для раз­борки-       сборки блока цилиндров

С учётом предложенных изменений и технических решений техниче­ская характеристика стенда для разборки – сборки головок блока ци­линдров выглядит следующим образом.

Тип стенда   -  стационарный, универсальный;

Тип привода  - пневматический;

Диаметр пневмоцилиндра, мм    -   180;

Ход штока пневмопривода,  мм  -    150;

Усилие на штоке пневмоцилиндра, Н  - 9000;

Давление воздуха в  пневмосети,  МПа  - 0,4;

Расход воздуха, м³/час – 0,015;

Производительность сборки–разборки, шт./час – 12 – 16;

Габаритные размеры, мм   -  1200 х 720 х 1300;

Масса, кг -  280кг.

Модели собираемых или разбираемых головок  - ЗМЗ – 53, ЗИЛ -130,

                                                                                  УРАЛ – 377, МАЗ –504 

                                                                                   и др.   

Литература

1.      Анурьев В. И. Справочник конструктора машиностроителя: В 3-х т. Т. 1. – 5-е изд., перераб. и доп. - М.: “Машиностроение”, 1979. – 728 с.

2.      Анурьев В. И. Справочник конструктора машиностроителя: В 3-х т. Т. 2. – 5-е изд., перераб. и доп. - М.: “Машиностроение”, 1979. – 559 с.

3.      Анурьев В. И. Справочник конструктора машиностроителя: В 3-х т. Т. 3. – 5-е изд., перераб. и доп. - М.: “Машиностроение”, 1979. – 557 с.