Проектирование комплекса операций по формованию пакетов №1,2,3 лонжерона несущего винта вертолета Ансат

6 Тепловой расчет оборудования

6.1. Тепловой расчет термошкафа

Основной задачей расчета  тепловой установки является определение  необходимого количества тепла для формования изделия.

Расход тепла на формование лонжерона в термошкафу может  быть записан в виде:

Q_р =Q_м+Q_тр +Q_пот                                                  (12)

Q_р - расход тепла в термошкафу, ккал;

Q_м - расход тепла на нагрев материала, ккал;

Q_тр - расход тепла на нагрев транспортирующих устройств, ккал;

Q_пот - расход тепла на потери установкой в окружающую среду, ккал.

Количество тепла, необходимое  на нагрев лонжерона, определяется по формуле (13):

Q_м= П_ч∙ c_м ∙ (t_к-t_н) ,                                               (13)

где П_ч – производительность термошкафа по нагретому материалу, кг/ч;

c_м – удельная теплоемкость нагретого материала, кДж/кг°С;

t_К – конечная температура материала, °С, t_к = 150°С;

t_Н – начальная температура материала, °С, t_Н = 20°С;

Q_м= 0,14∙1,15∙(150-20) = 20,93кДж/ч=5ккал/ч

Расход тепла на нагрев транспортирующих устройств определяют по формуле (14):

Q_тр=G_тр∙c_тр∙(t_к-t_н),                                               (14)

где G_тр-вес транспортирующего устройства выходящего из термошкафа за час, кг/ч; (G_тр=300кг)

 

c_тр- удельная теплоемкость стали транспортирующего устройства, кДж/кг°С; (c_тр=0,47 кДж/кг°С)

t_к- конечная температура транспортирующего устройства, °С, t_к = 150°С;

t_н- начальная температура транспортирующего устройства, °С, t_Н = 20°С;

Q_тр=300∙0,47∙(150-20)= 18330 кДж/ч=4377,2ккал/ч

 

Потери тепла в окружающую среду через стены, потолки, пол определяется по формуле (15):

Q_пот=К∙F∙(t_к-t_н),                                               (15)

где К – коэффициент  теплопередачи через стенку в окружающую среду, ккал/м²∙ч∙˚С;

F – поверхность, через которую передается тепло, м²;

 t_в- внутренняя температура за стенкой, через которую передается тепло в окружающую среду, °С;        

 t_о.с- температура окружающей среды снаружи установки, °С.

 

Поверхность, через которую  передается тепло:

F=2(a·b+a·c+b·c), м²,                                            (16)

где a, b, c – размеры тепловой установки, м.

F= 2(2,9·2+2,9·2,5+2·2,5) = 36 м².

 

Коэффициент теплопередачи  через стенку определяется:

  , ккал/м²∙ч∙˚С,                            (17)

где α₁- коэффициент теплоотдачи от нагретой в печи среды к внутренней поверхности ограждающей стенки, ккал/м²∙ч∙˚С;

α₂- коэффициент теплоотдачи от внешней поверхности в окружающую среду, ккал/м²∙ч∙˚С;

δ и λ- толщина, м, и коэффициент теплопроводности, ккал/м²∙ч, для отдельных слоев стенки.

Коэффициент α₂ теплоотдачи поверхностью в окружающую среду может быть подсчитан по формуле (18):

, ккал/м²∙ч∙˚С,     (18)

где К₁- постоянный коэффициент, принимаемый для вертикальной стенки, - 2,2;

t_н- температура наружной поверхности стенки агрегата, ˚C;

t_о.с- температура окружающее среды снаружи установки, ˚C;

С- коэффициент излучения поверхности, ккал/м²·ч(К/100)⁴.

, ккал/м²∙ч∙˚С,

Для термических печей α₁ может быть принят равным 10,32 ккал/м²∙ч∙˚С,

Коэффициент теплопроводности кирпичной стенки равен λ=0,41 ккал/м²∙ч, толщина стенки δ=20см.

Коэффициент теплопроводности стального корпуса равен λ=39,12 ккал/м²∙ч, толщина стенки δ=2см.

, ккал/м²∙ч∙˚С,

Найдем расход тепла на потери установкой в окружающую среду:

Q_пот=1,53∙36∙(150-20)=7160,4 ккал/ч

 

Расход тепла на формование лонжерона в термошкафу равен:

 Q_рас=5+4377,2+7160,4=11542,6ккал/ч= 13424,04Вт=13,424кВт

Выбираем трубчатый электронагреватель ТЭН-100 В 13/0,5 Т 220 номинальной мощности 0,5 кВт, необходимое количество – 32шт.

6.2.  Механический расчет

Задачей механического  расчета является проверка прочности  болтов, с помощью которых верхняя  плита пресс-формы плотно соединяется с нижней плитой.

Лонжерон прессуется по внешнему и внутреннему контуру. Изнутри лонжерон прессуется при помощи давления 8 кгс/см² (0, 8 МПа), создаваемого в пневмокамере сжатым азотом. С внешней стороны прессование лонжерона осуществляется с помощью усилий, создаваемых массой пресс-формы и болтами, которые прочно соединяют две части пресс-формы. Соединение двух половинок пресс-формы с помощью болтов показано на рисунке 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3- Болтовое соединение пресс-формы.

Сила, отрывающая верхнюю  часть пресс-формы и растягивающая болт рассчитывается по формуле (19):

,кгс,                                                     (19)

где D- внутренний диаметр пресс-формы, см;

P- давление газа внутри пресс-формы, кгс/см².

Внутренняя поверхность  пресс-формы имеет переменное сечение, поэтому для расчета внутренний диаметр пресс-формы принимается равным 7 см.

,кгс

 

Сила, передаваемая одному болту рассчитывается по формуле (20):

,кгс/шт                                                (20)

где i-число болтов (i= 28шт. согласно сборочному чертежу КП-0206939-150601-09-11.СБ)

,кгс/шт

 

Допускаемое напряжение при растяжении болта рассчитывается по формуле:

,кгс/см²                                             (21)

где d₁- внутренний диаметр резьбы болта, см. (d₁=2см согласно сборочному чертежу КП-0206939-150601-09-11.СБ)

Тогда по формуле (21):

кгс/см²=1,4 МПа

Болты, соединяющие верхнюю  и нижнюю части пресс-формы изготовлении из Стали 45.

Допускаемое напряжение при растяжении Стали 45 [δ_p] = 2000 кгс/см²= 200МПа

[δ_p] теоретическое должно быть больше [δ_p] расчетное. В данном случае 200МПа > 4,13МПа. Следовательно, данное болтовое соединение обеспечивает прочное соединение двух половинок пресс-формы, что позволяет осуществлять формование лонжерона, непосредственно в пресс-форме без участия пресса.