Выдув бутылок из ПЭТ пленок

Сборка-Главный.cdw

Сборка-Сверху.cdw

Сборка-2.cdw

Вид общий-1.cdw

Термостанция условно не показана
Пульт управления условно не показан
Кожух условно не показан
Все размеры для справок

Сборка-Сбоку.cdw

Схема пневмокинематическая.cdw

Сборка-Сечение.cdw

Курсовик.doc

с. 47 рис. 16 табл.3 черт. 55 плак. 2
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПЭТ-БУТЫЛКА ПОЛУАВТОМАТ ВЫДУВА КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА РАСЧЕТЫ ЧЕРТЕЖИ.
На основании представленного технологического процесса получения ПЭТ-бутылок был проведен анализ рабочих движений полуавтомата выдува. По его результатам предложены варианты механизмов узлов полуавтомата (узла смыкания пресс-формы узла герметизации заготовки узла вытяжки преформы). Выбрана и обоснована кинематическая схема полуавтомата. Спроектирована конструкция узлов герметизации заготовки и раздува преформы. Предложен вариант компоновки полуавтомата.
Представлены расчеты производительности полуавтомата кинематические силовые и прочностные расчеты элементов узлов герметизации заготовки и раздува преформы. Приведено описание конструкции спроектированных узлов. Кроме того дается описание взаимодействия узлов в процессе работы полуавтомата.
ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР6
ВЫБОР КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ11
1Узел смыкания пресс-формы11
2Узел герметизации13
3Узел вытяжки преформы16
4Описание кинематической схемы16
5Кинематические расчеты17
ОПИСАНИЕ КОМПОНОВКИ ПОЛУАВТОМАТА19
1Описание работы полуавтомата20
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПНЕВМОЦИЛИНДРОВ21
1Определение диаметров поршня и штока цилиндра вытяжки преформ21
2Определение диаметров поршня и штока цилиндра герметизации заготовки22
1Определение момента в резьбе24
2Определение мощности электродвигателя28
СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ30
1Расчет диаметра направляющих30
2Расчет циклической прочности направляющих31
3Расчет устойчивости баров33
4Расчет направляющих штанг пневмоцилиндра на изгибную прочность и определение их прогиба34
В современном мире все большее распространение получают изделия из различных пластмасс.
Связано это прежде всего с тем что пластмассы имеют меньшую по сравнению с металлами плотность. Но при этом практически не уступают по прочностным характеристикам. Кроме того полимеры с гораздо меньшими экономическими и производственными затратами поддаются вторичной обработке. Эти и другие соображения и обеспечили столь широкое распространение полимеров в нашей повседневной жизни.
Одним из самых ярких представителей полимеров в нашем быту безусловно является пластмассовая бутылка. Трудно себе представить что растительное масло может храниться в какой-либо другой емкости. А розлив кваса лимонадов и пива на дозы свыше 1 литра становился достаточно сложной “проблемой”. Большим достоинством такой бутылки является то что массы брутто и нетто отличаются на величину порядка 3 %.
Производство пластмассовых бутылок превратилось в целую индустрию. Компании занимающиеся производством различных напитков считают необходимым условием оригинальность формы своей бутылки.
В связи с этим появилось множество российских и зарубежных фирм занимающихся разработкой технологии и оборудования для производства полимерных бутылок. Среди всего многообразия предлагаемого сегодня на рынке оборудования можно выделить следующие типы:
автоматы для массового производства с производительностью свыше 24000 бутылок в час;
автоматы для среднесерийного производства с производительностью порядка 12000 бутылок в час;
оборудование для малого и среднего бизнеса с производительностью до 1500 бутылок в час (полуавтоматы).
Целью данного курсового проекта является разработка машины-полуавтомата для производства подобных бутылок. Она включает в себя выбор и расчет кинематической схемы описание компоновки а также силовые и прочностные расчеты элементов конструкции и привода.
ЛИТЕРАТУРНО-ПАТЕНТНЫЙ ОБЗОР
Целью литературно-патентного обзора является анализ ситуации сложившейся в области производства изделий из полимеров а также выбор прототипа для полуавтомата выдува ПЭТ-бутылок.
ПЭТ-бутылки впервые были созданы в 1977 году специалистами фирмы Du Pont Company (США) для газированных напитков. Сейчас бутылки из полиэтилентерефталата (ПЭТ) занимают лидирующее положение среди упаковки для растительного масла газированных напитков и воды. Не так давно появилось производство ПЭТ-бутылок для пива. Фирмы SIDEL и Gebo предложили оборудование для изготовления пластиковых пивных бутылок из однослойного затенённого пластика под кронен-пробку. Тара из ПЭТ отличается следующими свойствами:
прочность (даже заполненная бутылка из ПЭТ не разбивается при падении с высоты свыше полутора метров выдерживает статическую вертикальную нагрузку не менее 60 кг);
малая плотность (бутылка объемом 15 л. весит всего 42 г.);
привлекательный внешний вид прозрачность;
легкость термопластического формования;
экологическая чистота (химическая инертность нелетучесть не выделяет токсических веществ практически полностью может утилизироваться или вторично перерабатываться в новые емкости).
Кроме этого для размещения оборудования по производству ПЭТ-бутылок нужна малая площадь и затраты на это оборудование небольшие. Исходный материал для ПЭТ-бутылок – ПЭТ-преформы из которых после предварительного разогрева растягиваются и выдуваются бутылки. Преформы изготовляются методом прессформирования из гранулированного полимера – полиэтилентерефталата. Цвет и прозрачность будущей бутылки закладывается при изготовлении преформы из гранул.
Полиэтилентерефталат более известный как ПЭТ или лавсан это пластик на основе смол получаемых путем сложного химического процесса из нефти. Гранулированный ПЭТ (специальные марки) широко применяется в пищевой промышленности для изготовления различного вида тары. Варьируется по цвету и вязкости.
СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТОЛАТА.
Наименование показателя
Стандартное значение
Температура плавления
Содержание ацетальдегида
Успешно продолжаются разработки совершенствующие свойства ПЭТ как материала для самых различных пищевых продуктов. Для этого подбираются специальные химические добавки (модификаторы) а также разрабатывается технология микронного послойного нанесения веществ повышающих теплостойкость барьер проницаемости для кислорода и углекислого газа инертность по отношению к химически активным соединениям. Такой модифицированный ПЭТ значительно расширяет сферу его применения. В США уже выпускаются многослойные ПЭТ-бутылки для молока и пива позволяющие хранить эти напитки свыше 2 - 3 месяцев без ухудшения их качества. Термостабилизированный ПЭТ позволяет осуществлять горячий розлив (до 95° С) и пастеризацию (до 75° С). Есть применение такой модифицированной ПЭТ-таре и в других отраслях например в агрохимической промышленности при хранении агрессивных и токсических жидкостей.
Учитывая создавшееся положение и очевидную экономическую целесообразность вторичного использования указанных материалов а также накопившийся международный опыт в этой части совершенно естественным является возникновение вопросов о путях утилизации отходов.
Основным недостатком полимерных отходов (как и стекла) является стойкость против влияния естественных природных условий так как в большинстве своем полимеры не подвержены саморазложению. Одновременно с этим сжигание таких отходов вызывает выделение крайне ядовитых газов в том числе диоксина.
Если сравнивать использование стеклобоя и полимерных отходов то в первом случае стеклобой является прямой и неотъемлемой составной частью шихты а полимерные отходы в силу своего многообразия различных химических свойств подлежат определенной предварительной переработке с использованием специального оборудования к которому относятся агломераторы дробилки грануляторы.
Бутылки из полимеров изготавливают методом выдувного формования двумя разными способами. В первом случае который называют экструзией с раздувом (ЭР) полимер расплавляют до состояния густого меда в специальных подогреваемых шнековых насосах - экструдерах выдавливают из него полый цилиндр - трубную заготовку которая поступает в форму. Расплавленный полимер раздувается воздухом и остывает на холодных стенках пресс-формы.
В другом случае - инжекционно-выдувного формования (ИВ) - сначала методом литья под давлением изготавливают заготовку в виде пробирки - преформу. Преформу нагревают до состояния эластичной резины помещают в пресс-форму и в резиноподобном состоянии раздувают сжатым воздухом. Далее готовое изделие остывает на холодных стенках пресс-формы.
Исторически экструзионно-выдувное формование бутылок возникло раньше второго способа. Однако в последнее десятилетие метод инжекционно-выдувного формования значительно потеснил первый.
Введем коэффициент капитальных затрат (ККЗ) - отношение стоимости оборудования к его часовой производительности. При близкой цене сырья и прочих равных условиях оборудование окупается тем быстрее чем выше его производительность. Десять лет назад полиэтилентерефталат (ПЭТ) - полимер из которого делают подавляющее количество преформ стоил в 5 раз дороже полиэтилена полипропилена и других полимеров и поэтому тогда большинство бутылок из полимеров производили методом экструзионно-выдувного формования. Но именно тогда были удешевлены методы синтеза ПЭТ и построены мощные заводы по его производству. Машиностроители отреагировали мгновенно - сразу же началось производство оборудования для литья преформ и выдува бутылок из PET. Эти высокопроизводительные агрегаты способны производить до 40 тыс. преформ в час и выдувать в час до 24 тыс. бутылок. Коэффициент капитальных затрат в случае выдува бутылок из преформ стал ниже чем ККЗ для экструзионно-выдувного формования. Четыре-пять лет назад началось интенсивное развитие производств ИВ и в России. Построено несколько мощных заводов по производству преформ. Из-за дешевизны рабочей силы в России выгодно поставить пять-шесть очень дешевых полуавтоматов для выдува чем один дорогостоящий автомат. Поэтому быстро возникли фирмы-производители таких полуавтоматов. Крупнейшая из них - "Продвижение". Но как правило российский потребитель приобретает один выдувной полуавтомат со средней производительностью выдува 600 бутылок в час. Эта величина соответствует средним показателям производительности экструзионно-выдувных агрегатов. По коэффициенту капитальных затрат оборудование такой мощности для ЭР проигрывает аналогичному оборудованию для ИВ в 15-2 раза.
Самым существенным является то что полимер при выдуве бутылок разными методами находится в разных физических состояниях. При методе ЭР - это жидкость а при ИВ материал находится в аморфном состоянии. Это означает что в первом случае деформация заготовки пластическая -давление раздува невелико и проработка мелких деталей бутылки - бордюров логотипов ребер и т. п. - очень четкая. Когда бутылку формуют из преформы деформация заготовки упругая; для качественного выдува требуется значительно большее давление и проработка деталей затруднена и как правило значительно хуже. Однако замороженные на холодной поверхности пресс-формы обратимые упругие деформации (подобно напряженному железобетону) делают полимер значительно прочнее. Метод ИВ незаменим если требуется высокая прочность бутылки например при розливе высокогазированных жидкостей.
Инжекционно-выдувное формование бутылок имеет более низкий коэффициент капитальных затрат по сравнению с методом ЭР если пользователь закупает преформы у фирм специализирующихся на их производстве. Это очень крупные фирмы имеющие дорогостоящее специализированное оборудование каждая единица которого выпускает один определенный тип преформы. Особенности процессов литья преформ и последующего выдува из них бутылок накладывают существенные ограничения на величины толщин стенок заготовки а следовательно и бутылки.
Особенно важен выбор материала из которого изготавливают бутылку.
ОЦЕНКА СВОЙСТВ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ ПОЛИМЕРОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БУТЫЛОК (баллы).
полиэилен- терефталат (PET)
поливинил- хлорид (PVC)
полиэтилен высокой плотности (HOPE)
полиэтилен низкой плотности (HOPE)
Прочность (жесткость)
Ударная вязкость при низких температурах
б Барьерные свойства:
Возможность выдува бутылок из преформ
Возможность утилизации и вторичной переработки
В таблице приведены оценки данные экспертами фирмы “Продвижение” основным технологическим и эксплуатационным свойствам полимеров применяемых для изготовления полой тары. Сравнение проведено по пятибалльной системе - от пятерки - отлично до единицы - очень плохо. Конечно было бы хорошо выдувать все бутылки из преформ. Но к сожалению устойчивого резиноподобного состояния в разумно широком интервале температур удается достичь далеко не всегда (поз. 8 таблицы). Оценка "хорошо" для РР относится к новым специальным маркам которые появились на рынке только недавно.
ВЫБОР КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ
На основании предложенного технологического процесса полуавтомат должен обеспечивать следующие движения:
смыкание пресс-формы;
движение герметизации преформы;
движение вытяжки заготовки.
Узлу смыкания пресс-формы должен обеспечить возвратно-поступательное движение одной из полуформ на расстояние до 200 мм.
Узел герметизации бутылки обеспечивает вертикальное возвратно-поступательное движение герметизаторов (до 40 мм).
Узел вытяжки перемещает в вертикальном направлении бары (до 300 мм).
Для реализации перечисленных движений рабочих органов полуавтомата возможно применение различных типов механизмов а именно: винтовые рычажные кулачковые пневматические.
1Узел смыкания пресс-формы
Данный узел машины предназначен для перемещения литьевой формы и создания усилия запирания при формовании в ней полимера. Прессовые узлы подразделяют на универсальные и специальные [5]. Универсальные конструкции обеспечивают установку различных литьевых форм (отличающихся габаритами) для изделий разного назначения. На специальных конструкциях можно получить изделия определенного вида или назначения (например фитинги обувь и др.).
Механизмы запирания подразделяются на простые и сблокированные [5].
В простых конструкциях смыкание формы и создание усилия запирания производится одним механизмом. В сблокированных конструкциях плита перемещается под действием одного механизма а усилие запирания создается другим механизмом.
В простых гидравлических конструкциях один гидравлический механизм выполняет две функции – перемещает плиту и создает усилие запирания. В простых гидромеханических или электромеханических конструкциях эти функции выполняет также один механизм – гидромеханический или электромеханический. Электромеханический привод механизма запирания осуществляется от электродвигателя через механическую передачу.
Простые гидравлические (рис. 2.1.) конструкции имеют некоторые ограничения в применении так как большие размеры гидроцилиндра требуют больших расходов масла для сокращения продолжительности перемещения подвижной плиты а также большая масса механизма при необходимости создания больших усилий запирания.
Рис.2.1. Схема гидравлического механизма
Гидромеханические конструкции прессовых узлов (рис. 2.2.) обладают преимуществам по сравнению с гидравлическими так как кинематика механизма обеспечивает уменьшение скорости движения плит при смыкании полуформ они более экономичны (в отношении потребления энергии) и имеют более простые гидросистемы [5].
Рис.2.2. Схема гидромеханической конструкции.
Но наиболее простым в эксплуатации является электромеханический привод на основе винтового механизма (рис. 2.3.). Он более экономичен имеет меньшую массу и габариты.
Рис.2.3. Схема электромеханического привода.
Но в такого рода приводах возникают проблемы со смазкой. Кроме того необходимо осуществлять реверс двигателя. Для этого возможность реверсирования должна быть заложена в выбранном двигателе либо нужно использовать электромагнитные муфты. Вариант устройства для реверса двигателя с использованием электромагнитных муфт приводится на рисунке 2.4.
Рис. 2.4. Схема реверсирования двигателя.
Как видно из рисунка подобная схема значительно увеличивает габариты механизма и его стоимость.
В узел герметизации входит механизм отвечающий за герметизацию заготовки.
Механизм герметизации может быть рычажным кулачковым пневматическим (гидравлическим) или винтовым.
Для рычажных механизмов (рис. 2.5.) характерны большие габариты невысокая точность также они достаточно требовательны в эксплуатации (требуется постоянная смазка большое число узлов трения нагрев и тепловые потери). Кроме того при работе нескольких рычажных механизмов от одного привода возникает необходимость использования редукторов и мультипликаторов.
Рис.2.5. Рычажный механизм.
Кулачковые механизмы (рис. 2.6.) имеют более простое устройство меньшие габариты за счет профиля кулака обеспечивается необходимый выстой. Существенным их недостатком является зависимость размера кулака от перемещения толкателя.
Рис.2.6. Кулачковый механизм.
Еще одним возможным вариантом является пневматический привод. Для пневматики (рис. 2.7.) свойственны простота в управлении отсутствие необходимости установки дополнительных устройств небольшая масса отсутствие шумов низкая виброактивность. Главный ее недостаток как и у кулаков - зависимость габаритов от величины хода поршня. Схема пневматических механизмов аналогична приведенной выше схеме гидравлических механизмов.
Рис.2.7. Схема пневматического механизма.
Возможно и использование винтового механизма. Но это вновь поставит проблемы смазки и реверса. Возможная схема такого привода представлена на рисунке 2.8.
Рис.2.8. Схема винтового механизма.
3Узел вытяжки преформы
Данный узел обеспечивает вертикальное перемещение баров для вытягивания заготовки.
Кинематическая схема узла вытяжки на основе пневмоцилиндра приведена на рис. 2.9.
Рис. 2.9. Схема узла вытяжки на основе пневмоцилиндра.
На рисунке 2.10 приводится схема узла вытяжки на основе винтового механизма.
Рис. 2.10. Схема узла вытяжки на основе винтового механизма.
4Описание кинематической схемы
Учитывая приведенный выше анализ механизмов была составлена следующая кинематика полуавтомата.
Узел смыкания пресс-формы имеет электромеханический привод на основе винтового механизма. Это создаст необходимость использования реверсивного двигателя но существенно снизит габариты и сложность управления и эксплуатации.
Узлы герметизации и вытяжки будут полностью построены на использовании пневматики. Тогда в целом машина приобретет простоту управления будет практически бесшумной упростится обслуживание и повысится производительность. Кроме того использование пневматики упростит компоновку машины.
Кинематическая схема полуавтомата приведена в приложении (ВР02.01.00.00К3).
Вращающий момент с вала I электродвигателя М передается на вал II при помощи ременной передачи. При вращении вала II на ходовом винте начинают перемещаться каретки 3 и 7 жестко соединенные между собой парами направляющих 4 и 5.
После смыкания пресс-форм происходит рост нагрузки на двигатель вследствие чего возрастает ток якоря и происходит отключение двигателя. В поршневую полость цилиндра Ц2 подается воздух. Со штоком цилиндра жестко соединена балка 15 на которой закреплены герметизаторы 16. Вертикальное перемещение обеспечивается направляющими 13 и 14.
После герметизации заготовок в пресс-форме воздух подается в штоковую полость цилиндра Ц1. На штоке закреплена траверса 9. В свою очередь на ней крепится балка 10 на которой установлены бары 22 и 23.
После осуществления операции раздува все действия осуществляются в обратном порядке. Кроме того для размыкания пресс-формы производится реверс двигателя М.
5Кинематические расчеты
При производительности машины штчас. Время цикла составит
Реальное время цикла с учетом всевозможных простоев составит
Из этого времени на процесс формообразования отводится 3 с на смыкание форм – 1 с на размыкание – 08 с.
При рабочем ходе 200 мм и времени смыкания 1 с скорость поступательного движения полуформы составит
При частоте вращения электродвигателя обмин =24 обс и скорости движения полуформы шаг резьбы винта составит
Так как полученное значение шага резьбы винта не относится к ряду стандартных принимаем значение шага резьбы равное ближайшему к полученному при расчете
Выбираем диаметр винта .
Исходя из того что передачу движения необходимо осуществить на значительное расстояние была выбрана ременная передача. Помимо названного она обладает еще рядом достоинств: плавность и бесшумность работы обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях; предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки вследствие упругости ремня; предохранение механизмов от перегрузки за счет возможного проскальзывания ремня; простота конструкции и эксплуатации (передача не требует смазки) [2].
Определим передаточное отношение данной ременной передачи:
частота вращения двигателя составляет
ход пресс-формы составляет 200 мм а шаг винта мм. Таким образом ведомый шкив должен совершить 20 оборотов. Отсюда можно определить передаточное отношение:
ОПИСАНИЕ КОМПОНОВКИ ПОЛУАВТОМАТА
Полуавтомат включает в себя следующие модули (ВР02.01.00.00СБ):
Термостанция 21 предназначена для нагрева преформ до необходимой температуры. Она устанавливается на полу рядом с главным модулем с целью обеспечения непрерывности производственного процесса.
Главный модуль включает в себя следующие узлы и детали:
узел смыкания пресс-формы;
узел герметизации преформы;
узел вытяжки заготовки.
Рама 4 выполнена сварной из труб прямоугольного сечения. К ней приварены платики для крепления базовой плиты. В раме предусмотрены стойки для выставления базовой плиты относительно местной вертикали. Базовая плита предназначена для крепления деталей всех узлов полуавтомата.
Пульт управления 18 предназначен для задания параметров технологического процесса и управления работой полуавтомата. Он крепится на раме.
Узел смыкания пресс-формы состоит из сварных кронштейнов 1 и 2 соединенных болтами с базовой плитой. В них закреплен ходовой винт 10 с гайкой которого соединена каретка 24. С кареткой 24 стяжками 15 соединена каретка 3 на которой закреплена подвижная полуформа. Каретки перемещаются по направляющим 16 смонтированным на базовой плите. Вращение ходового винта 10 обеспечивается ременной передачей (на консольно закрепленный ведомый шкив 23 с ведущего шкива 22 установленного на валу двигателя 13). Двигатель 13 установлен на салазках 20 для обеспечения постоянного натяжения ремня 19. Салазки 20 закрепляются на бетонном полу фундаментными болтами.
Узел герметизации преформы (ВР02.01.01.00СБ) имеет в своем составе пневмоцилиндр 4 траверсу 27 два герметизатора 17 две направляющие 21 кронштейн 2.
Шток пневмоцилиндра 4 жестко соединен с траверсой 27 на которой смонтированы герметизаторы 17. Сам пневмоцилиндр установлен на сварном угольнике 5 приваренном к кронштейну 2. К кронштейну 2 закрепленному на корпусе 1также приварены кронштейны 25 в которых ходят направляющие 21 обеспечивая тем самым вертикальное перемещение траверсы 27.
Узел вытяжки заготовки (ВР02.01.01.00СБ) состоит из корпуса 1 пневмоцилиндра 3 траверсы 26 балки 34 двух стоек 20 балки 8 пластины 23 двух баров 9.
Пневмоцилиндр 3 закреплен на пластине 23. Она крепится на сваренном из пластин корпусе 1. Шток пневмоцилиндра 3 жестко соединен с траверсой 26 вертикальное движение которой обеспечивается стойками 20 установленными в корпусе 1 и соединенными между собой балкой 8. На траверсе закреплена балка 34 на которой установлены бары 9. Горизонтальное перемещение баров обеспечивается перемещением в пазах корпуса 1 кронштейна 2 а также перемещением в пазах траверсы 26 балки 34.
1Описание работы полуавтомата
Перед началом работы полуавтомата необходимо выполнить следующие действия:
включить термостанцию;
задать на пульте управления температуру нагрева;
установить значение давления раздува.
В ячейки термостанции оператор загружает преформы. По истечении 20 минут оператор производит проверку заготовок на текучесть. Для этого он переводит преформу в горизонтальное положение. О готовности заготовки свидетельствует ее деформация под собственным весом. При готовности оператор устанавливает в пресс-форме два образца и запускает полуавтомат нажатием кнопки “Пуск”. Далее машина работает в автоматическом режиме а оператор заполняет освободившиеся ячейки в термостанции. По окончании технологического цикла оператор осуществляет съем готовых изделий и установку следующих преформ в пресс-форму.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПНЕВМОЦИЛИНДРОВ
Целью денного раздела является расчет геометрических размеров пневмоцилиндров используя в качестве исходных данных параметры технологического процесса и результаты анализа конструкции.
Определяющим параметром в зависимости от которого выбирается вся аппаратура рассчитываемого пневмопривода является диаметр поршня пневмоцилиндра который можно найти по формуле [4]:
где - усилие необходимое для перемещения нагруженного поршня Н;
- усилие необходимое для преодоления сил трения.
1Определение диаметров поршня и штока цилиндра вытяжки преформ
Для расчета используются следующие исходные данные:
технологическое усилие на штоке Н;
давление воздуха в системе МПа;
масса подвижных частей кг;
коэффициент трения ;
безразмерная нагрузка .
Усилие необходимое для преодоления сил трения при вертикальном транспортировании можно определить по формуле [4]:
тогда подставив числовые значения в формулу получим
Подставляя аналитическое выражение для и числовые значения в формулу найдем расчетный диаметр поршня пневмоцилиндра:
В соответствии с ГОСТ12447-80 округляем полученный диаметр поршня в большую сторону следовательно принимаем м.
Диаметр штока находится из заданного соотношения по числовому соотношению которого можно сделать вывод о транспортном характере перемещения заданного груза. Расчетный диаметр штока пневмоцилиндра равен
Полученное значение также следует в соответствии с нормальным рядом диаметров ГОСТ12447-80 принимаем м.
2Определение диаметров поршня и штока цилиндра герметизации заготовки
Для расчета необходимы следующие данные:
Усилие необходимое для преодоления сил трения при вертикальном транспортировании можно определить о формуле (4.2):
Диаметр штока находится из заданного соотношения (см.п.4.1.) по числовому соотношению которого можно сделать вывод о транспортном характере перемещения заданного груза. Расчетный диаметр штока пневмоцилиндра равен
В данном разделе осуществляется выбор электродвигателя для узла смыкания пресс-формы.
Требуемая мощность электродвигателя составляет:
где - требуемая мощность привода;
- значение КПД ременной передачи.
Для определения значения требуемой мощности необходимо определить крутящий момент в резьбе винта и угловую скорость вращения винта.
1Определение момента в резьбе
Исходным данным будет являться осевая сила возникающая в винте в процессе смыкания пресс-формы.
Рис.5.1. Усилие при смыкании пресс-формы.
Деформация пресс-формы при смыкании определяется по закону Гука (рис.5.1):
где - усилие смыкания пресс-формы;
- длина пресс-формы;
- модуль упругости материала пресс-формы (алюминия);
- площадь сжимаемого сечения пресс-формы.
Но далее в процессе получения бутылки на пресс-форму начинает еще действовать и усилие раздува под действием которого пресс-форма будет пытаться разойтись (рис.5.2).
Рис.5.2. Усилие в пресс-форме при раздуве.
Деформация от этого усилия будет равна:
где - усилие раздува;
- длина направляющих;
- модуль упругости материала направляющих (стали);
- площадь поперечного сечения направляющих.
Усилие раздува определяется по формуле:
где -давление раздува;
-площадь продольного сечения бутылки.
В процессе выдува бутылки пресс-форма не должна разойтись более чем на 02 мм. Отсюда получаем итоговое уравнение деформации:
Используя ранее полученные выражения получаем:
Для расчета площадей примем что бутылка является цилиндром с диаметром и высотой а пресс-форма представляет собой прямоугольный параллелепипед с шириной длиной и высотой (где и соответствующие параметры бутылки емкостью 1 л).
где м – диаметр направляющих.
Зависимость усилия смыкания пресс-формы от параметров выдуваемой бутылки приведена в таблице 3.
ЗАВИСИМОСТЬ УСИЛИЯ СМЫКАНИЯ ПРЕСС-ФОРМЫ ОТ ОБЪЕМА ВЫДУВАЕМОЙ БУТЫЛКИ.
Как видно из таблицы максимальное усилие смыкания соответствует бутылке емкостью 1 л. Для него и произведем дальнейший расчет.
Стандартный шаг резьбы винта составляет мм для наружного диаметра резьбы мм средний диаметр равен мм. Для данной резьбы значения углов составляют и [1].
Момент в резьбе определим рассматривая гайку как ползун поднимающийся по виткам резьбы как по наклонной плоскости (показано на рис. 5.3).
Рис.5.3. Схема для определения момента в резьбе (при завинчивании).
Запишем уравнения равновесия для представленной на рис. 8 системы сил.
где Ft – окружная сила;
Fт – сила трения скольжения;
y - угол подъёма резьбы;
Таким образом получим систему уравнений. С учётом что:
где f – динамический коэффициент трения скольжения;
j - угол трения; получим.
Моментом силы относительно некоторой оси называется величина которая равна произведению этой силы на кратчайшее расстояние до оси. Окружная сила Ft даёт момент относительно оси Оу противодействовать возникновению этого момента будет момент силы трения который будет равен:
где d2 – средний диаметр резьбы [3].
Величина в скобках есть проекция силы трения и реакции опоры на ось Ох.
Преобразуя полученное выражение получим окончательное выражение для момента трения:
Значение угла трения можно определить по формуле [3]:
где fпр – приведённый коэффициент трения в резьбе учитывающий влияние угла профиля в резьбе [3]. Коэффициент трения сталь по стали [1]. Для ходовой упорной резьбы [3].
Крутящий момент в резьбе будет равен моменту трения в резьбе:
Исходя из этих значений и исходных данных определяем значение крутящего момента
2Определение мощности электродвигателя
Угловая скорость вращения вала составляет:
Требуемая мощность привода составляет:
На основании полученного значения мощности выбираем двигатель 4А100L4У3 с номинальной мощностью
СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ
В данном разделе рассчитываются элементы проектируемых узлов полуавтомата. Исходными данными являются параметры технологического процесса и конструктивные параметры узлов.
1Расчет диаметра направляющих
Как видно из расчетной схемы сила действующая на направляющие имеет две составляющие.
где Q1 – усилие при смыкании пресс-формы;
Q2 – технологическое усилие при раздуве заготовки.
Определим величину каждой составляющей нагрузки. Усилие при смыкании пресс-формы будет равно осевому усилию винта (см п. 5.1):
Теперь определим Q2:
где - давление раздува;
- площадь продольного сечения бутылки. Для бутылки емкостью 1 л получим:
Таким образом получаем:
Определим минимальный диаметр стержня направляющей (для простоты расчета не учитываем наличие резьбы).
Зададимся коэффициентом запаса
Пусть стержень изготовлен из стали с пределом прочности кгсмм2. Тогда допускаемое напряжение может быть принято равным
Нагрузка приходящаяся на один стержень будет равна
Необходимая площадь при такой нагрузке будет равна
Диаметр стержня определяется условием
2Расчет циклической прочности направляющих
При переменных нагрузках полное напряжение возникающее в местах крепления направляющих можно разделить на постоянное
и переменное с амплитудой
где - площадь сечения стержня;
- приращение нагрузки на стержень принимается
- значение затяжки принимается
- коэффициент затяжки.
При переменной нагрузке [3].
Таким образом получаем
Запас прочности по переменным напряжениям подсчитывают по формуле
где - предел выносливости материала стержня для стали 45 Па [3];
- эффективный коэффициент концентрации напряжений в резьбе для углеродистых сталей [3];
- коэффициент чувствительности к асимметрии цикла [3].
Примем для переменной нагрузки неконтролируемой затяжки [3]. Тогда
Запас по статической прочности по текучести материала проверяют по формуле
где - предел текучести материала для стали 45 Па.
где для резьбы М16..М30.
3Расчет устойчивости баров
Исходными данными здесь служат технологическое усилие а также схема нагружения приведенная на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Схема нагружения бара.
Расчет на устойчивость производится по формуле:
где - технологическое усилие (сжимающая нагрузка);
- коэффициент снижения допускаемых напряжений;
- основное допускаемое напряжение на сжатие материала для стали 45 примем кгссм2.
В условии устойчивости неизвестны и . Поэтому одной из этих величин необходимо задаться. Для первого приближения зададимся . Тогда
Диаметр по первому приближению
Для определения коэффициента необходимо определить приведенную гибкость:
где - коэффициент длины в нашем случае принимаемый ;
- главный радиус инерции поперечного сечения стержня для круглого сечения
Для полученного значения гибкости . Расчетные напряжения определим по формуле
Очевидно бары имеют большой запас по устойчивости.
4Расчет направляющих штанг пневмоцилиндра на изгибную прочность и определение их прогиба
Для расчета на устойчивость необходимо знать максимальный изгибающий момент и момент сопротивления сечения стержня. Схема приложения сил приведена на рис. 6.2.
Рис. 6.2. Усилие на стойках.
Условие изгибной прочности имеет вид [2]:
где - максимальный момент;
- момент сопротивления сечения для круглого
Для расчета прогиба необходимо привести схему нагружения стоек. Она приведена на рис. 6.2.
Рис. 6.3. Расчетная схема.
Ее можно привести к силовой картине показанной на рис. 6.3. Расчет такой схемы приводится в [2]. Приведем лишь его результаты:
абсцисса сечения с наибольшим прогибом равна
наибольший прогиб равен
где - изгибающий момент;
- модуль упругости материала;
- момент инерции поперечного сечения стержня для круглого равен
прогиб посередине пролета равен
Как видно из расчетов штанги проходят по условию изгибной прочности. Кроме того максимальный прогиб составляет мкм следовательно заклинивания подшипников не произойдет.
В выпускной работе произведен анализ рабочих движений полуавтомата. Выделены узлы полуавтомата и рассмотрены варианты их кинематических схем. Принята и обоснована компоновка при которой привод узла смыкания пресс-формы осуществляется электромеханическим механизмом а привод узлов герметизации заготовки и вытяжки преформ осуществляется пневмоцилиндрами.
Произведен расчет кинематических параметров полуавтомата. Работоспособность спроектированных узлов подтверждена выполненными силовыми и прочностными расчетами.
Существенным недостатком конструкции полуавтомата является использование двух видов энергии – энергии сжатого воздуха и электрической энергии что приводит к увеличению затрат на обслуживание при эксплуатации. Поэтому целесообразно в будущем перейти полностью на пневматический привод узлов полуавтомата.
Использование электромеханического привода узла смыкания пресс-формы обусловлено меньшими габаритами и большей плавностью перемещения по сравнению с пневматическим приводом.
Анурьев В. И. Справочник конструктора машиностроителя. М. 1978 т. 1 и 2
Беляев Н. М. Сопротивление материалов. М. 1976
Иванов М. Н. Детали машин. М. 1984
Инженерный расчет времени срабатывания пневмопривода: методич.указан. В.Я.Краснослободцев В.И.Маслов В.С.Харитонов Н.М.Чесноков СПБ – СПбГТУ 1995
Калиничев Э. Л. Оборудование для литья пластмасс под давлением. М. 1985
Проектирование производственных машин. Схемы кинематические гидравлические принципиальные: Учеб. пособиеЕ.А.Евграфова К.Б.Иванов А.Н.Попов Ал.Н.Тимофеев; СПбГТУ. СПб.1999.52с.

Сборка-1.cdw

Вид общий-2.cdw