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Design und Herstellung einer 30-Tonnen-Hydraulikpresse

Anzahl Durchsuchen:61     Autor:Site Editor     veröffentlichen Zeit: 2020-06-09      Herkunft:Powered erkundigen

Abstrakt

Um das Problem des Mangels an Ausrüstung in unseren Labors in den meisten höheren Einrichtungen zu lösen, wurde eine 30-Tonnen-Hydraulikpresse unter Verwendung von Materialien aus der Region entworfen, gebaut und getestet. Zu den Hauptparametern der Konstruktion gehörten die maximale Last (300 kN), die Entfernung, um die sich der Lastwiderstand bewegen muss (Kolbenhub, 150 mm), der Systemdruck, die Zylinderfläche (Kolbendurchmesser = 100 mm) und der Volumenstrom des Arbeitsmediums. Die Hauptkomponenten der konstruierten Presse umfassen die Zylinder- und Kolbenanordnung, den Rahmen und den Hydraulikkreis. Die Maschine wurde auf Leistung mit einer Last von 10 kN getestet, die durch zwei Druckfedern mit konstanten 9 N / mm bereitgestellt wurde, die jeweils parallel zwischen der oberen und unteren Platte angeordnet waren, und als zufriedenstellend befunden.


1. Einleitung

Die Entwicklung der Technik im Laufe der Jahre war die Untersuchung, immer effizientere und bequemere Mittel zum Schieben und Ziehen, Drehen, Stoßen und Steuern der Last zu finden, die von einigen Kilogramm bis zu Tausenden Tonnen reichen. Pressen sind weit verbreitet, um dies zu erreichen.


Pressen im Sinne von Lange sind druckausübende Werkzeugmaschinen. Sie können in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: hydraulische Pressen, die nach den Prinzipien des hydrostatischen Drucks arbeiten, Schneckenpressen, die Kraftschrauben zur Kraftübertragung verwenden, und mechanische Pressen, die eine kinematische Verknüpfung von Elementen zur Kraftübertragung verwenden.


In der hydraulischen Presse werden die Krafterzeugung, -übertragung und -verstärkung unter Verwendung von unter Druck stehendem Fluid erreicht. Das flüssige System weist die Eigenschaften eines Feststoffs auf und bietet ein sehr positives und starres Medium zur Kraftübertragung und -verstärkung. In einer einfachen Anwendung überträgt ein kleinerer Kolben unter hohem Druck befindliches Fluid auf einen Zylinder mit einer größeren Kolbenfläche, wodurch die Kraft verstärkt wird. Es gibt eine leichte Übertragbarkeit einer großen Energiemenge mit praktisch unbegrenzter Kraftverstärkung. Es hat auch einen sehr geringen Trägheitseffekt.


Eine typische Hydraulikpresse besteht aus einer Pumpe, die die Antriebskraft für das Fluid bereitstellt, dem Fluid selbst, das das Medium der Kraftübertragung über Hydraulikrohre und -verbinder, Steuergeräte und den Hydraulikmotor ist, der die Hydraulikenergie an diesem Punkt in nützliche Arbeit umwandelt des Lastwiderstands.


Die Hauptvorteile von hydraulischen Pressen gegenüber anderen Arten von Pressen bestehen darin, dass sie eine positivere Reaktion auf Änderungen des Eingangsdrucks bieten, die Kraft und der Druck genau gesteuert werden können und die gesamte Größe der Kraft während des gesamten Arbeitshubs des Drucks verfügbar ist Widderreise. Hydraulikpressen werden bevorzugt, wenn eine sehr große Nennkraft erforderlich ist.

Die hydraulische Presse ist eine unschätzbare Ausrüstung in der Werkstatt und in den Labors, insbesondere für Pressfittingvorgänge und zur Verformung von Materialien wie bei Umformprozessen und Materialprüfungen auf Festigkeit. Ein Blick auf die Werkstatt in Nigeria zeigt, dass alle diese Maschinen in das Land importiert werden. Daher ist hier beabsichtigt, eine Presse zu entwerfen und herzustellen, die kostengünstig ist und unter Verwendung von Materialien aus der Region hydraulisch betrieben wird. Dies wird nicht nur dazu beitragen, die in Form von Devisen verlorenen Gelder zurückzugewinnen, sondern auch das Niveau unserer lokalen Technologie bei der Nutzung der Kraftübertragung von Hydraulikflüssigkeit verbessern.


2. Entwurfsmethodik

Fluidtechniksysteme sind objektiv ausgelegt. Das Hauptproblem, das beim Entwurf des Systems gelöst werden muss, besteht darin, die gewünschte Leistung des Systems in den Hydraulikdruck des Systems umzuwandeln.

Design der hydraulischen Presse

Abb. 1. Schematische Darstellung der Hydraulikpresse. Volumenstrom und Anpassung dieser Eigenschaften an einen verfügbaren Eingang für das System, um den Betrieb aufrechtzuerhalten.

Zu den Hauptparametern der Konstruktion gehörten die maximale Last (300 kN), die Entfernung, um die sich der Lastwiderstand bewegen muss (Kolbenhub, 150 mm), der Systemdruck, die Zylinderfläche (Kolbendurchmesser = 100 mm) und der Volumenstrom des Arbeitsmediums. Zu den kritischen Komponenten, die konstruiert werden müssen, gehören der Hydraulikzylinder, der Rahmen und der Hydraulikkreis (Abb. 1).


2.1.Komponentendesign

2.1.1.Hydraulikzylinder:

Hydraulikzylinder haben eine rohrförmige Struktur, in der ein Kolben gleitet, wenn Hydraulikflüssigkeit in ihn eingelassen wird. Die Konstruktionsanforderung umfasst die Mindestwandstärke des Zylinders, die Endabdeckplatte, die Flanschdicke sowie die Spezifikation und Auswahl der Anzahl und Größe der Schrauben. Die von einem Hydraulikzylinder benötigte Abtriebskraft und der dafür verfügbare Hydraulikdruck bestimmen die Fläche und Bohrung des Zylinders sowie die Mindestwandstärke.


2.1.2. Zylinderenddeckelplatte:

Die Dicke T der Endabdeckplatte, die am Umfang von Schrauben getragen und einem gleichmäßig über die Fläche verteilten Innendruck ausgesetzt wird, ergibt sich aus Gl. (2) von Khurmi und Gupta (1997) als: T = KD (P / δt) 1/2, (2) wobei: D = Durchmesser der Endabdeckplatte (m) 0,1; K = Koeffizient in Abhängigkeit vom Plattenmaterial 0,4 von Khurmi und Gupta (1997); P = innerer Flüssigkeitsdruck (N / m²), 38,2; δt = Zulässige Bemessungsspannung der Abdeckung. Plattenmaterial 480 N / m²; woraus die Dicke der Platte zu 0,0118 m erhalten wurde.


2.1.3.Bolt:

Die Zylinderabdeckung kann mit Schrauben oder Stehbolzen gesichert werden. Die mögliche Anordnung zum Befestigen der Abdeckung mit Schrauben ist in Fig. 2 gezeigt. Um die richtige Größe und Anzahl der zu verwendenden Schrauben n zu finden, wird die folgende Gl. (3) wurde wie von Khurmi und Gupta (1997) übernommen verwendet: (πDi 2/4) P = (πdc 2/4) δtbn, (3) wobei; P = interner Flüssigkeitsdruck (N / m2); Di = Innendurchmesser des Zylinders (m); dc = Kerndurchmesser der Schraube (m), 16 × 10-3 m; δtb = Zulässige Zugfestigkeit des Bolzens.

Design der hydraulischen Presse

Wenn die Größe der Schraube bekannt ist, kann die Anzahl der Schrauben berechnet werden und umgekehrt. Wenn jedoch der Wert von n erhalten wird. oben ist ungerade oder ein Bruch, dann wird die nächsthöhere gerade Zahl übernommen. Die Anzahl der Schrauben wurde mit 3,108 berechnet, daher wurden vier Schrauben ausgewählt. Die Dichtheit der Verbindung zwischen dem Zylinder und der Endabdeckplatte hängt von der Umfangssteigung Dp des Bolzens ab, die als 0,0191 m nach Gl. (4): Dp = Di + 2t + 3Dc, (4) wobei: t = Dicke der Zylinderwand (m), 17 × 10 –3.


2.1.4.Zylinderflansch:

Die Konstruktion des Zylinderflansches besteht im wesentlichen darin, die minimale Dicke tf des Flansches zu erhalten, die unter Berücksichtigung der Biegung bestimmt werden kann. Hier wirken zwei Kräfte, eine aufgrund des Flüssigkeitsdrucks und die andere, die dazu neigt, den Flansch aufgrund der Abdichtung zu trennen, der durch die in den Schrauben erzeugte Spannung standgehalten werden muss. Die Kraft, die versucht, den Flansch zu trennen, wurde mit 58,72 kN aus Gl. (5): F = (π / 4) D1 2 P, (5) wobei: D1 = Außendurchmesser der Dichtung, 134 × 10-3 m.


2.1.5. Bestimmung der Flanschdicke:

Die Dicke des Flansches tf kann erhalten werden, indem die Biegung des Flansches um den Abschnitt A-A als der Abschnitt betrachtet wird, entlang dessen der Flansch beim Biegen am schwächsten ist (Fig. 3). Diese Biegung wird aufgrund der Kraft in zwei Schrauben und des Flüssigkeitsdrucks im Zylinder bewirkt.

Design der hydraulischen Presse

Daher ist Gl. (6) ergab eine Flanschdicke von 0,0528 m: tf = (6 M) / (b & dgr; f), (6) wobei: b = Breite des Flansches im Abschnitt A-A 22,2 × 10 –3 m; δf = Schubspannung des Flanschmaterials 480 N / m²; M = resultierendes Biegemoment, 5.144,78 Nm.


2.1.6. Kolben:

Die erforderliche Kolbenstangensäulengröße, die zur Aufrechterhaltung der aufgebrachten Last erforderlich ist und mit der Mittellinie der Zylinderbohrung ausgerichtet ist, wird durch die Festigkeit des Stangenmaterials und die auf die Stangensäule ausgeübte Kraft beeinflusstKompression, die Montagesituation des Zylinders selbst und der Hub, über den die Last aufgebracht werden soll.

Das Verfahren zur Berechnung der Kolbenstangensäulengröße und der Zylinderlängen unter Endschubbedingungen wurde unter Verwendung des von Sullivan vorgeschlagenen Verfahrens durchgeführt. Dadurch betrug die Größe der Kolbenstange mit einem Durchmesser von nicht weniger als 0,09 mals angemessen für das Design angesehen.


2.1.7. Auswahl der Dichtungen:

Dichtungen werden verwendet, um interne und externe Leckagen im System unter verschiedenen Betriebsbedingungen von Druck und Geschwindigkeit zu verhindern. Die ausgewählte statische Dichtung verwendet das Rillen- und Ringprinzip, um eine Dichtung zu beeinflussen. Das Nutmaß wird berechnetso dass das ausgewählte Oring 15-30% in eine Richtung und 70-80% des freien Querschnittsdurchmessers komprimiert werden soll. Das Problem bei der Auswahl der statischen Dichtung besteht darin, die Nut so anzugeben, dass ein O-Ring zusammengedrückt werden kannin eine Richtung und in eine andere erweitert, deshalb; Für die Dichtung wurde eine Hainabmessung von 4 mm × 3 mm angegeben.


2.2.Frame Design

Der Rahmen bietet Befestigungspunkte und behält die richtigen relativen Positionen der darauf montierten Einheiten und Teile während der Betriebszeit unter allen angegebenen Arbeitsbedingungen bei. Es bietet auch allgemeine Steifigkeit der Maschine (Acherkan1973). Die konstruktive Überlegung betrifft die direkte Spannung, die auf die Säulen ausgeübt wird. Andere Rahmenteile wie die Platten (wie in unserem Fall) sind einfachen Biegebeanspruchungen ausgesetzt.


2.2.1.Platen:

Die obere und untere Platte bieten einen direkten Kontaktpunkt mit dem zu komprimierenden Objekt. Daher sind sie aufgrund eines gleichen und entgegengesetzten Paares, das in derselben Längsebene wirkt, einer reinen Biegespannung ausgesetzt. Das DesignDie Betrachtung bezieht sich im Wesentlichen auf das Biegen und besteht hauptsächlich in der Bestimmung des größten Wertes des Biegemoments (M) und der Scherkraft (V), die in dem Träger erzeugt werden und 45 kN / m bzw. 150 kN betragen. Diesewurden nach dem angewandten Verfahren berechnet.


2.2.2.Sektionsmodul:

Die erhaltenen Werte von V und M erleichtern die Berechnung des Schnittmoduls der Platten. Dies ergibt die minimale Tiefe (Dicke) d und wurde mit 0,048 m von Gl. (7): d = [(6M) / (δb)] 1/2, (7) wobei; M = MaximumBiegemoment 45 kN / m; b = 600 × 10 –3 m; δ = 480 × 10 6 N / m 2.


2.3.Pumpe

Der Anfangsparameter bei der Konstruktion besteht darin, den am Zylinder erforderlichen maximalen Flüssigkeitsauslassdruck zu schätzen, und dann wird ein Faktor hinzugefügt, um den Reibungsverlust im System zu berücksichtigen. Dies wurde zu 47,16 × 10 6 N / m 2 erhalten.

Die Pumpwirkung wird durch ein Hebelsystem betätigt. Die tatsächliche Länge des Hebels wurde zu 0,8 m erhalten. Dies wurde berechnet, indem ein maximaler theoretischer Aufwand angenommen und ein Moment um den Drehpunkt genommen wurde.

3. Detail Herstellungsverfahren

200 mm × 70 mm U-Kanal-Querschnittsstahl wurde lokal vom Baustahlhersteller bezogen, und zwei 200 × 400 × 40 mm Stahlplatten wurden vom Schrottplatz in Benin City, Nigeria, bezogen. Nach der Bestimmung der Hauptabmessungen desIn der Werkstatt, aus der der Rahmen hergestellt wurde, wurden zwei Abschnitte mit einer Länge von 2.800 mm mit einer Bügelsäge vom Stahl abgeschnitten. Ein Rohr von 150 mm mit einem Innendurchmesser von 90 mm wurde ebenfalls vom Schrottplatz und erhaltenwurde auf der Drehmaschine gebohrt und auf 100 mm geläppt. Es wurde auch ein Rohr aus Weichstahl mit einer Dicke von 70 mm und 15 mm erhalten, das an einem Ende auf 60 mm gedreht wurde, um die Dichtung und das Dichtungsgehäuse aufzunehmen. Der Kolben und der Zylinder wurden zusammengebautund an der Basis des Rahmens mit Schrauben montiert, die zuvor zusammengeschweißt wurden. Eine Führungsstange aus einem Stahlrohr wurde ebenfalls bereitgestellt, um die gerade vertikale Bewegung der Walze zu ermöglichen. Die Platten wurden aus dem Stahl hergestelltPlatte und zwei Löcher von ~ 20 mm wurden an beiden Enden für den Führungsstangendurchgang gebohrt. Die untere Platte wurde oben am Kolben montiert und durch eine darauf bearbeitete Aussparung in Position gehalten. Ein Kalibrierungsring wurde ebenfalls aus einer 10 hergestelltmm dicke Weichstahlplatte und wurde zwischen der oberen Platte und der Presskreuzstange platziert, wie in Fig. 1 gezeigt.


3.1.Leistungstestergebnis

Es ist üblich, technische Produkte nach der Herstellung einem Test zu unterziehen. Dies ist ein wichtiger Schritt im Herstellungsprozess. Bei Tests wird das Produkt überprüft, um festzustellen, ob die funktionalen Anforderungen erfüllt sindHerstellungsprobleme, Feststellung der Wirtschaftlichkeit usw.

Daher werden Tests durchgeführt, um die Wirksamkeit des Produkts nachzuweisen. Für die hydraulische Presse ist die Prüfung auf Undichtigkeiten die wichtigste Prüfung. Der Test begann mit der anfänglichen Ansaugung der Pumpe. Danach wurde die Flüssigkeit gepumpt.Dies wurde im Leerlauf durchgeführt. Die Maschine wurde zwei Stunden in dieser Position stehen gelassen.

Die Maschine wurde dann einer Last von 10 kN ausgesetzt, die durch zwei Druckfedern mit konstanten 9 N / mm bereitgestellt wurde, die jeweils parallel zwischen den Platten angeordnet waren. Die Federn wurden dann axial auf eine Länge von 100 mm zusammengedrückt. Diese Anordnung warzwei Stunden stehen gelassen und auf Undichtigkeiten beobachtet. Eine Leckage im System wurde nicht angezeigt, da die untere Walze nicht aus ihrer Ausgangsposition fiel.


4. Fazit

Eine 30-Tonnen-Hydraulikpresse wurde entworfen, hergestellt und kalibriert. Die Maschine wurde getestet, um die Konformität mit den Konstruktionszielen und die Wartungsfreundlichkeit sicherzustellen. Die Maschine erwies sich bei einer Testlast von 10 kN als zufriedenstellend. Des WeiterenDie Prüfung der Auslegungslast muss noch durchgeführt werden.

Bemerkungen

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