Разработка конструкции нагнетателя смазки

 

1.3 Патентный поиск

 

Для обеспечения высокого технического уровня разрабатываемой конструкции стенда был проведен патентный поиск по классу  смазочного оборудования в базе данных ФИПС [2]. Было выявлено несколько патентов по тематике курсового проекта, содержащих некоторые технические решения по конструкциям нагнетателей смазки

Результаты патентного поиска сведены  в таблицу 1.2.

 

Таблица 1.2 – Просмотренная патентная документация

Страны, по которым проведен поиск	Индекс МКИ	Наименование источника	Выявленный прототип	Отобранная идея, техническое решение
Россия	F16N11/00	Описание изобретения к патенту 2466328	Смазочный нагнетатель	Не выявлено
Россия	F16N11/00	Описание изобретения к патенту 2382932	Нагнетательный насос и модульная насосная система	Не выявлено
Россия	F16N11/00	Описание изобретения к патенту 2000515	Устройство для смазки	Не выявлено

 

При анализе патентов технических решений, пригодных для использования в работе, не выявлено. 
2 Расчеты конструкции

2.1 Проектные расчеты

2.1.1 Разработка общей схемы нагнетателя

 

 

Так как внутреннее устройство нагнетателей смазки в открытой информации не найдено, в курсовом проекте предложена оригинальная схема пневмогидравлического плунжерного насоса, которая может отличаться от реально существующих.

На рисунке 2.1 приведена компоновочная  схема нагнетателя.

 

1 – бункер; 2 – крышка; 3 – пистолет раздаточный; 4 – пневмоплунжерный насос; 5 – всасывающий патрубок; 6 – тележка

Рисунок 2.1 – Схема нагнетателя

 

В предлагаемой схеме смазка заправляется в бункер 1, закрываемый крышкой 2. В крышке выполнен подвод сжатого воздуха, давление которого создает усилие и выдавливает смазку через патрубок 5 к насосу. На крышке закреплен плунжерный насос 4 с пневмоприводом. От насоса смазка подается по шлангу к раздаточному пистолету 3.

Бункер крепится к тележке на колесном ходу. Для проектируемого нагнетателя примем объем бункера для смазки 50 л. Нагнетатели с большим объемом эффективны в применении в больших автохозяйствах, с меньшим объемом в небольших хозяйствах.

Расчетное давление воздуха для привода насоса примем Р_в=0,6 МПа.

2.1.2 Расчет пневматического плунжерного насоса

 

Применим в нагнетателе насос  золотникового типа, в котором  привод плунжера осуществляется при возвратно-поступательном движении поршня, связанного с золотником. Схема насоса показана на рисунке 2.2.

 

1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – переключатель; 4 – золотниковая коробка; 5 –  ползун-золотник; 6 – плунжер; 7 –  насос; а- подача воздуха; б  – выпуск воздуха; в – выпуск смазки; г – всасывание смазки

Рисунок 2.2 – Схема насосного  узла нагнетателя

 

 

Насос с пневмоприводом работает следующим образом. При подаче воздуха через открытый канал золотника в верхнюю полость пневмоцилиндра поршень движется вниз, приводя в работу плунжер и выталкивая смазку в напорный шланг. Ри достижении нижней точки поршня переключатель перемещает золотник и открывается канал подачи водуха в нижнюю полость цилиндра. Одновременно открывается канал выпуска воздуха из верхней полости. Поршень увлекает за собой плунжер, всасывая смазку внутрь насоса. При достижении верхней точки поршня переключатель перемещает золотник и открывается канал подачи воздуха в верхнюю полость. Одновременно открывается канал выпуска воздуха из нижней полости. Цикл повторяется.

В насосе скорость и частота движения поршня зависит от подачи воздуха, которую можно регулировать дросселем.

Для сброса излишков  давления воздуха в золотниковой коробке необходимо предусмотреть клапан сброса, отрегулированный на рабочее давление.

Для расчетов параметров насоса примем за основу рабочее давление смазки из плунжерного насоса Р_см=30 МПа. Так как давление смазки пропорционально  площади плунжера, то кратность давлений воздуха и смазки должна быть равна кратности площадей плунжера и поршня

,      (2.1)

где S_Ц – площадь цилиндра и поршня;

S_П – площадь плунжера.

.   

Примем предварительно диаметр плунжера d=8 мм.

 

Тогда площадь плунжера

,    (2.2)

.

Площадь поршня и цилиндра

.

Диаметр поршня и цилиндра

,    (2.3)

.

С учетом потерь на трение в шланге и трубопроводах, примем диаметр поршня D=60 мм.

Определим необходимую скорость поршня для обеспечения производительности насоса q=250 см³/мин.

Производительность  связана выражением с диаметром плунжера.

Высота столба смазки, накачанная плунжером за одну минуту равна

,     (2.4)

.

Так как подача смазки происходит при поступательном движении плунжера, а при обратном происходит засасывание, необходимая  скорость поршня и плунжера будет

,     (2.5)

.

Ход плунжера примем предварительно h=50 мм. Тогда, количество циклов работы насоса за минуту

,     (2.6)

,

т.е. примерно полтора цикла в секунду. Данную частоту будем регулировать дросселем в золотниковой коробке.

2.1.3 Разработка конструкции золотника

 

В проектируемом нагнетателе предлагается выполнить золотниковое устройство заодно с пневмоцилиндром, перемещение  золотника соосно движению поршня. При перемещении золотника в крайние положения перекрываются и открываются определенные каналы в корпусе золотника, меняя направление подачи воздуха в нижнюю или верхнюю полость пневмоцилиндра. Соответственно, открываются соответствующие каналы выпуска воздуха.

Фиксация золотника в крайних  положениях осуществляется шариковым механизмом, препятствующим перемещению золотника свободно от собственного веса или от сил трения со штоком.

На рисунке 2.3 показана схема работы золотникового устройства в двух крайних положениях поршня.

Рисунок 2.3 – Схема работы золотникового  устройства

2.1.4 Расчет оси колеса

 

Рассчитаем необходимый диаметр  оси колеса. Колеса воспринимают вес  самого нагнетателя и вес солидола в бункере. Концы осей закреплены консольно, поэтому в сечении возникает изгибающий момент. Эскиз установки колеса показан на рисунке 2.4.

При расчете на изгиб круглых  стержней напряжение изгиба в сечении  рассчитывается по формуле:

,      (2.7)

где [s_и]=140 МПа – допускаемое напряжение изгиба для стали 20 [3].

Рисунок 2.4 – Схема установки колеса

 

Изгибающий момент в сечении можно определить по формуле:

,      (2.8)

где  R – реакция опоры на одно колесо; примем при равномерном распределении нагрузки от веса поднимаемого автомобиля R=Q/2.

x – плечо действия изгибающей силы, примем предварительно  
x=0,02 м.

Нагрузка на одно колесо равна весу установки и  весу смазки, деленные пополам.

Вес установки  примем по прототипу М=30 кг (300 Н). Вес смазки в бункере объемом 50 л

,    (2.9)

где V_Б – объем бункера;

r=0,9 кг/л – плотность солидола [4].

.

Реакция на одно колесо

.

Изгибающий момент у заделки  оси

.

Момент сопротивления сечения  для круглого стержня:

.      (2.10)

Отсюда можно вывести необходимый  диаметр сечения оси

;     (2.11)

.

По расчетам принимаем минимальный диаметр оси с учетом веса нагнетателя и смазки d=10 мм. Конструктивно диаметр оси может быть увеличен.

 

2.2 Проверочные  расчеты

2.2.1 Расчет усилия перемещения нагнетателя

 

Нагнетатель при обслуживании автомобилей  перемещается рабочим по полу зоны ТО.

Определим усилие, которое прикладывает автослесарь:

,     (2.12)

где  n – число колес;

f – коэффициент трения качения, f = 0,05 (резина по бетону).

R – реакция на одно колесо, определено выше.

.

Усилие составляет 37,5 Н или 3,7 кг. По нормам допускается усилие, прикладываемое для перемещения оборудования рабочими 16 кг.

Условие выполняется.

2.2.2 Расчет прочности гаек крепления крышки бункера

 

Внутрь бункера от насосного  узла по воздушным каналам подается сжатый воздух для обеспечения подачи солидола к плунжерному насосу. В результате, на крышку бункера действует сила, пропорциональная давлению воздуха и площади крышки. Указанная сила распределяется по трем винтовым замкам крышки. Рассчитаем прочность гаек винтовых зажимов на смятие резьбы. Гайки имеют резьбу М10.

Сила, действующая на крышку

,     (2.13)

где D – диаметр бункера;

р – давление воздуха в бункере, примем 0,1 МПа, регулировка производится клапаном сброса давления.

.

Усилие на один винт

F₁=F/3=16509/3=5503Н.

Определяем напряжение смятия резьбы  гайки по формуле:

,    (2.14)

где: р – шаг резьбы, м;

d, d₁ – соответственно наружный и внутренний диаметр резьбы, м;

[s_см]=0,8×[s_Т]  МПа – допускаемое напряжение смятия резьбы, для Ст3  
[s_см]=135 МПа [3];

h – высота резьбы, h=10 мм;

р – шаг резьбы, р=1,75 мм.

.

Гайка имеет достаточный запас  прочности.

2.2.3 Расчет продольной устойчивости плунжера

 

 

Так как плунжер представляет собой  тонкий стержень, работает на сжатие и имеет большую свободную длину, ее необходимо проверить на продольный изгиб с учетом устойчивости по формуле:

,        (2.15)

где: F – сжимающая сила;

d – диаметр плунжера, d=8 мм;

j - коэффициент уменьшения допускаемых напряжений для сжатых стержней, выбирается в зависимости от гибкости l;

Гибкость равна

;          (2.16)

l – свободная длина стержня плунжера; l=64 мм;

,

откуда j=0,94 (стр.72 [5] );

[s_с ] – допускаемое напряжение на сжатие, для стали 45 [s_с ]=70 МПа [3].

Сжимающая сила на стержень плунжера равна

,    (2.17)

где d – диаметр поршня пневмоцилиндра;

Р – давление воздуха в пневмоцилиндре.

,

.

Стержень плунжера обладает достаточной устойчивостью на сжатие.

3 Техническое  описание конструкции нагнетателя смазки

3.1 Описание устройства и принцип  работы

 

Нагнетатель смазки состоит из бункера, установленного на колесной тележке, крышки бункера  с насосным узлом, подающего шланга с раздаточным пистолетом.

Тележка нагнетателя  двухколесная из трубчатой рамы. Бункер крепится к тележке двумя кронштейнами с помощью четырех болтов. В нижней части бункер имеет конусную образующую поверхность для сбора остатков смазки.

Крышка крепится к бункеру тремя винтовыми  зажимами. Между крышкой и бункером имеется резиновая прокладка  для уплотнения.

Насосный узел состоит из пневматического цилиндра, золотника, плунжерного насоса. Шток поршня выполнен заодно с плунжером и является ведущим звеном в золотниковом устройстве. Работа золотника показана наглядно на рисунке 2.3. Регулировка скорости работы насоса производится вращением винта-дросселя, который перекрывает воздушный канал конической частью, уменьшая или увеличивая подачу воздуха в пневмоцилиндр.

Часть воздуха  отводится через воздушные каналы во внутреннюю полость бункера для облегчения подачи смазки к всасывающему патрубку насоса. Давление в бункере регулируется редукционным клапаном сброса, установленным на крышке. При необходимости, с помощью клапана можно полностью сбросить давление в бункере для заправки или обслуживания.

Для определения  примерной стоимости нагнетателя  определим затраты на материалы и комплектующие. Расчет приведен в таблице 3.1.

 

 

 

 

Таблица 3.1 – Ведомость материалов и покупных изделий

Наименование	Ед.изм.	Цена за ед., руб	Кол-во	Общая стоимость, руб
Лист стальной	кг	55,0	11,0	605
Труба стальная	кг	60,0	11,0	660
Прокат круглый	кг	45,0	12,0	540
Метизы	кг	80,0	0,5	400
Рукав маслораздаточный	м	120,0	4,0	480
Пистолет раздаточный С-311	шт	650,0	1	650
Клапан сброса давления VE-2	шт	180,0	1	180
Итого:				3515