Теоретическое обоснование
После выпуска чугуна летку забивают с помощью пушки: при этом вдавливаемая в отверстие леточная масса не только полностью закрывает канал, но и восстанавливает часть внутренней футеровки печи, разрушенной во время выпуска чугуна.
В состав машин для забивки чугунной летки – пушки входят механизмы: поворота машины, прижима носка к летке и выталкивания огнеупорной массы из цилиндра машины в летку и др.
К машинам для забивки чугунной летки предъявляют следующие требования:
- давление поршня на леточную массу должно быть достаточным для преодоления сил сопротивления по движению ее в цилиндре, переходном патрубке, носке пушки и в леточном канале;
- полезный объем рабочего цилиндра пушки должен обеспечивать заполнение канала летки длиной 1500 – 2500 мм леточной массой и ремонт окололеточного пространства внутри печи;
- носок пушки должен иметь прямолинейное движение при подходе к летке;
- дистанционность управления всеми механизмами;
- возможность отвода пушки в сторону после забивки летки;
- высокая надежность в работе.
Электропушка модели Э-7-050 состоит из следующих основных механизмов и узлов (см. рисунок 1):
- механизма поворота для подвода и отвода пушки от летки, имеющего электродвигатель 13, червячно-цилиндрический редуктор 14, поворотную колонну 15 с консолью 16, на оси 17 которой подвешен лафет 8;
- механизма прижима для подачи пушки в главный желоб и к летке, сообщения необходимого угла наклона и прижатия носка пушки к летке. В состав этого механизма входят двигатель 7, редуктор 6, винтовая пара 5 и тележка 9. Тележка перемещается по направляющим лафета 8; к ней подвешен механизм выдавливания леточной массы;
- механизма для выдавливания леточной массы в чугунную летку, который имеет рабочий цилиндр 1, редуктор 2 и электродвигатель 3;
- механизма удержания пушки у чугунной летки доменной печи с помощью защелки
12, управляемой электромагнитом 10 через систему рычагов и тягу 11;
- механизма указателя 4 положения поршня в цилиндре 1.
Рисунок 1 – Электропушка модели Э-7-050
Механизм выталкивания леточной массы обеспечивает поступательное перемещение винта 7 и связанного с ним поршня 2 от электродвигателя 12 (см. рисунок 2) через трехступенчатый редуктор и винтовую пару 6 и 7. Поршень выталкивает массу из цилиндра 1 через переходной патрубок 33 и носок 32 в леточный канал. Приводная вал-шестерня 13 входит в зацепление с зубчатым колесом 5, установленным при помощи подшипника на валу-гайке 6. Зубчатое колесо 5 входит в зацепление с шестерней 14, также свободно установленной на подшипнике на валу. Шестерня 14 находится в зацеплении с колесом 4, жестко укрепленном на валу-гайке 6. Вал-гайка опирается через два подшипника на корпус редуктора. Упорный подшипник 3 воспринимает осевое усилие винта. При вращении гайки винту и связанному с ним поршню 2 сообщается поступательное движение. Проворот винта и поршня исключают установкой шпонок, которые располагают внутри защитного кожуха винта. Для предохранения нарезки винта от загрязнения при выталкивании леточной массы имеется телескопическое защитное устройство.
Зарядку рабочего цилиндра 1 массой осуществляют, как правило, вручную с торца при отведенном в сторону переходном патрубке 33 с носком 32. После заполнения цилиндра массой к нему прикрепляют клиньями переходный патрубок. Включением механизма выталкивания уплотняют леточную массу и заполняют полностью переходный патрубок и
носок пушки. После этого поршень отводят в исходное положение и в освободившееся в цилиндре пространство добавляют леточную массу через люки 34.
Для наблюдения за положением поршня предусмотрен специальный циферблат 8, указатель-стрелка 9 которого через двухступенчатый кинематический редуктор 10 и многозаходную винтовую передачу 11 связана с винтом 7.
При выталкивании массы в типовых пушках реактивное усилие при помощи захвата 30, заходящего в скобу 31, передается на кожух печи или специальную балку, на которой укреплена скоба. Это разгружает механизмы поворота и прижима пушки от реактивного усилия. Перед отводом пушки электромагнит 24 при помощи двуплечевого рычага 25 и тяги 29 поднимает захват.
Для закрытия летки заполненный леточной массой цилиндр механизмом поворота устанавливают над главным желобом, а защелка лафета захватывает скобу, после чего механизм прижима передвигает тележку, наклоняет механизм выталкивания массы и прижимает носок цилиндра к футляру летки, затем этим механизмом масса выталкивается в летку.
Рисунок 2 – Кинематические схемы механизмов прижима пушки и выталкивания леточной массы
В связи с применением для забивки чугунной летки малоподвижных (безводных) масс необходимо дальнейшее увеличение давлений на поршень (до 15-25 МПа). С этой целью в существующих пушках уменьшают диаметр (до 500 мм) и объем (до 0,3-0,35 м3) цилиндра. Главным недостатком существующего механизма выдавливания леточной массы с винтовой передачей скольжения является его низкий к.п.д. (по экспериментальным замерам равный около 0,2). Существенное увеличение давления можно получить, установив шарико-винтовую передачу, у которой трение скольжения заменяется трением качения. У такой передачи к.п.д. равен 0,8-0,9.
ПО «Уралмаш» разрабатывает малогабаритную гидравлическую пушку с объемом рабочего цилиндра 0,25 м3 и давлением на леточную массу около 25 МПа.
Методика расчета
3.1 Усилие, действующее на поршень
, (1)
где F – усилие, действующее на поршень, Н
D – диаметр рабочего цилиндра, мм
q – ускорение свободного падения, q = 9,81 м/с2
3.2 Скорость передвижения поршня
υп = 
υм, (2)
где υп – скорость передвижения поршня, м/с
d – диаметр отверстия носка пушки, мм
υм – скорость выхода леточной массы из носка пушки, м/с
υп =
3.3 Геометрические размеры резьбы винта
Наружный диаметр – dв = 230 мм
Шаг резьбы – Р = 40 мм
Средний диаметр – d2, мм
d2 = dв – 0,75 Р, (3)
d2 =
Внутренний диаметр – d1, мм
d1 = dв – 1,7 Р, (4)
d1 =
3.4 Угол подъема винтовой линии резьбы
, (5)
3.5 Коэффициент полезного действия винтовой передачи
, (6)
где 
- угол трения при коэффициенте трения в резьбе Мр=0,1, = 5˚43´
3.6 Коэффициент полезного действия механизма
, (7)
где η1 – коэффициент полезного действия зубчатой передачи (одной ступени η = 0,98).
3.7 Мощность двигателя
, (8)
где Nдв – мощность двигателя, кВт
= 
3.8 Выбор электродвигателя по каталогу
Кинематический расчет механизма выталкивания
3.9.1 Частота вращения гайки
nв = 
, (9)
где nв – частота вращения гайки, мин-1
nв =
3.9.2 Общее передаточное число привода механизма
u = 
,, (10)
где n – частота вращения вала электродвигателя, мин-1
u =
3.9.3 Разбивка общего передаточного числа
u = u1·u2·u3 , (11)
где u1, u2, u3 – передаточное число ступеней.
u =
Исходя из конструктивных соображений и рекомендаций по разбивке общего передаточного числа для трехступенчатых специальных передач, принимаем:
Передаточное число второй ступени:
u2 = 
, (12)
Произведение передаточных чисел первой и третей ступеней:
u2=
, (13)
Передаточное число первой ступени:
, (14)
Передаточное число третьей ступени:
, (15)
 |
Проверка:
u = u1·u2·u3 , (16)
u=
3.9.4 Частота вращения, угловая скорость входного вала редуктора и крутящий момент, передаваемый этим валом:
n1 = n, (17)
где n – частота вращения, мин-1
n1=
ω1 = 
, (18)
где ω1 – угловая скорость входного вала редуктора, с-1
ω1 =
Т1 = 
, (19)
где Т1 – крутящий момент, передаваемый входным валом, кН·м.
Т1 =
3.9.5 Частота вращения, угловая скорость и крутящий момент, передаваемый первым блоком шестерен:
, (20)
где n2 – частота вращения, мин-1
, (21)
где ω2 – угловая скорость, с-1
Т2 = Т1·u1·η1, (22)
где Т2 – крутящий момент, передаваемый первым блоком шестерен, кН·м.
Т2 =
3.9.6 Частота вращения, угловая скорость и крутящий момент второго блока шестерен:
, (23)
где n3 – частота вращения, мин-1
, (24)
где ω3 – угловая скорость, с-1
Т3 = Т2·u2·η1, (25)
где Т3 – крутящий момент второго блока шестерен, кН·м
Т3 =
3.9.7 Частота вращения, угловая скорость и крутящий момент, необходимый для вращения гайки:
nг = 
, (26)
nг =
, (27)
Тг = Т3·u3·η1, (28)
где Тг – крутящий момент, необходимый для вращения гайки, кН·м.
Тг =
Расчет винта на прочность
3.10.1 Крутящий момент, воспринимаемый винтом:
, (29)
где Ткр – крутящий момент, воспринимаемый винтом, кН·м.
3.10.2 Напряжение сжатия в теле винта:
, (30)
где σсж – напряжение сжатия в теле винта, Н/мм2.
3.10.3 Касательные напряжения, возникающие при кручении винта:
, (31)
где τкр – касательное напряжение, возникающее при кручении винта, Н/мм2,
wр – полярный момент сопротивления сечения,
,
3.10.4 Результирующие напряжения:
, (32)
где σр – результирующие напряжения, Н/мм2
3.10.5 Запас прочности
Термообработка винта – поверхностная закалка.
Предел прочности – σв = 900 Н/мм2
, (33)
3.10.6 Момент инерции сечения винта:
, (34)
где J – момент инерции сечения винта, мм4.
3.10.7 Площадь поперечного сечения винта:
, (35)
где А – площадь поперечного сечения винта, мм2.
3.10.8 Радиус инерции:
, (36)
где ri – радиус инерции, мм.
3.10.9 Гибкость винта:
, (37)
где μ – коэффициент приведения, μ = 1.
3.10.10 Напряжения при продольном изгибе:
, (38)
где σ – напряжение при продольном изгибе, Н/мм2,
J – коэффициент снижения допускаемого напряжения от гибкости винта, J = 0,98;
[σ]= 170 Н/мм2.
Условие устойчивости винта по Эйлеру.
, (39)
где Е – модуль упругости для стали Е = 2,12·105 Н/мм2,
nу – коэффициент устойчивости, nу = 2,5÷4.
