Промежуточные бункеры и магазины предназначены для временного хранения изделий перед загрузкой в термическое оборудование на срок от нескольких минут до нескольких часов (в зависимости от характера технологического процесса, типа оборудования и т. д.). Эти устройства обеспечивают также непрерывность транспортного потока автоматических линий и предотвращают простои при переналадке и кратковременном ремонте оборудования поточных линий. Отличие бункера от магазина состоит в том, что в бункеры изделия засыпаются навалом, а в магазины - загружаются в необходимой последовательности.
Рис. 2.17 Схемы бункерных и магазинных устройств
На рис. 2.17 приведены схемы наиболее распространённых бункеров и магазинных устройств для механизированной загрузки печей и нагревательных аппаратов. Для мелких деталей применяют бункеры с конвейерной загрузкой. Детали конвейером 1 загружаются в бункер 2, который имеет подвижный затвор, выполненный в виде лотка 3, приводимого в возвратно-поступательное движение электромагнитом 4 (рис. 2.17.а) или конвейером 5. Последний забирает определённое количество деталей специальными поперечными рёбрами. Детали могут подаваться также вертикальным ковшевым конвейером 6. Недостатком бункерных устройств является то, что их необходимо снабжать дополнительными ориентирующими механизмами.
Магазинные устройства бывают шахтными (с наклонными лотками) и транзитными (имеющими ритмонакопители). Последние выдают детали с ритмом, определяемым производительностью печи, и выполняются в виде вращающейся звёздочки, качающихся скоб, подпружиненных защёлок, специальных элеваторов и т. п.
В шахтном магазине (рис. 2.17.6) детали 1 перемещаются по направляющим 2 сверху вниз и выдаются звёздочкой 3. В линейном магазине (рис. 2 17.в) детали поступают по приёмному лотку 1, подхватываются элеватором 2, через отверстие в кожухе 3 попадают на следующий элеватор и передвигаются дальше, пока не дойдут до выдающего лотка 4. Из лотка магазина детали выдаются поштучно колеблющейся скобой 5.
Барабанный магазин (рис. 2.17.г) имеет вращающийся вокруг горизонтальной оси барабан 2, в радиальных пазах которого размещены детали, подаваемые через загрузочный лоток 1. Из барабана детали выдаются поштучно секторным отсекателем 3.
В ротационном магазине (рис. 2.17.д) ротор 5, вращающийся вокруг вертикальной оси 4, имеет радиальные пазы 3 для приёма деталей, которые поступают в магазин по лотку 1 и выдаются по лотку 6. Магазин может работать и без ротора: при перекрытии приёмного отверстия заслонкой 2 детали по обводному лотку 7 будут сразу поступать в лоток выдачи 6.
Внепечные механизмы термического оборудования
Толкательные механизмы
Толкательные механизмы (толкатели) широко применяют для горизонтального перемещения поддонов с изделиями, а также нагреваемых заготовок или деталей в печах и поточных линиях. Основное различие между толкателями различных типов заключается в движении рабочего органа — башмака, который непосредственно проталкивает поддоны и детали. По этому признаку все толкатели делятся на две группы: толкатели с гидравлическим или пневматическим приводом и толкатели с электрическим приводом. Рабочий ход толкателя выбирают равным сумме длин бочки ролика lp и длины стола загрузки lc (рис. 2.18). Толкатель располагают так, чтобы толкающие пальцы в крайнем правом (рабочем) положении не упирались в конструкцию печи, а в крайнем левом (исходном) уходили за пределы бочки ролика примерно на 100 мм.
Рис. 2.18. Схема выбора хода толкателя
Несмотря на большое разнообразие конструкций толкательных механизмов, расчёт их основных параметров (толкающего усилия, мощности электродвигателя либо размера гидро- или пневмоцилиндра) производится однотипно. Исходя из технологических требований и конструктивных особенностей термического оборудования устанавливают скорость перемещения поддонов с изделиями и величину их перемещения за один ход толкателя. Затем производят расчёт сопротивления передвижению или необходимого толкающего усилия на башмаке, которое определяют из уравнения
(2.1),
где Р - сопротивление передвижению или необходимое толкающее усилие на башмаке толкателя, Н; Q - наибольшая масса поддонов с изделиями, проталкиваемых толкательным механизмом, кг; f - коэффициент трения поддонов о направляющие (табл. 2.1); β - поправочный коэффициент, учитывающий возможное схватывание (спекание) поддонов и направляющих, искривление последних под действием температуры и другие факторы (величина определяется опытным путем и обычно колеблется в пределах от 1 до 4).
Для перемещения изделия массой Q на катках (шарах) диаметром D, свободно уложенных на горизонтальной плоской опоре, необходимо приложить усилие:
(2.2),
где k1 и k2 - коэффициенты трения качения катков по опоре и изделия по каткам:
ki = (3…5)*10-4 при 20 ºС; ki = (2…4)*10-3 при 400…700 ºС;
ki = (7…12)*10-3 при 20…400 ºС; ki = (4…6)*10-3 при 700…1000 ºС.
Для перемещения изделия по роликам, вращающимся в неподвижных цапфах (неприводной рольганг) диаметром d, необходимо усилие
(2.3),
где f - коэффициент трения скольжения шейки ролика о цапфу (табл. 2 1); β = 1,2...1,5 - коэффициент, учитывающий трение направляющих приспособлений и поддонов (если они есть) о ролики.
Для перемещения n изделий цилиндрической формы радиусом R с перекатыванием по поду печи требуется сила
(2.4),
где k — коэффициент трения качения изделий по опоре, м; f - трения скольжения между изделиями (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Примечание: первое число - коэффициент трения в состоянии покоя или при трогании с места, второе (в скобках) — в движении.
Перекатывание изделий по поду без проскальзывания возможно при условии
(2.5).
Дальнейший расчёт ведётся в зависимости от принятой кинематической схемы и привода толкательного механизма. При выборе в качестве привода электродвигателя его мощность берётся на 20...40 % больше расчётной для создания запаса мощности.
Гидравлические и пневматические толкатели
Гидравлические и пневматические толкатели имеют наиболее простую конструкцию. Их применяют для преодоления больших усилий (100...500 кН) и при передвижении на большие расстояния (1...2 м). Схема гидравлического толкателя представлена на рис. 2.19.
Башмак 1 толкателя жёстко соединён со штоком 2 цилиндра 3. Во избежание перекосов при толкании траверса снабжается двумя направляющими 4, скользящими в подшипниках 5. Рабочий и холостой ход толкателя совершается от одного гидроцилиндра 3, установленного неподвижно. При подаче рабочей жидкости от насоса через патрубок 6 в штоковую полость гидроцилиндра происходит движение башмака 1 вправо (рабочий ход). Одновременно из патрубка 7 рабочая жидкость поступает в сливной бак. Поступление рабочей жидкости в цилиндр через патрубок 7 сообщает башмаку 1 холостой ход влево. Подвод и отвод рабочей жидкости через патрубок в гидроцилиндр осуществляется по трубопроводам с помощью распределительного устройства.
Расчёт гидравлического толкателя конструкции, представленной на рис. 2.19, состоит в следующем. Определяют внутренний диаметр D гидравлического цилиндра в зависимости от заданного толкающего усилия и давления рабочей жидкости по формуле
(2.6),
Рис. 2.19. Схема гидравлического толкателя
где Р — толкающее усилие, Н; р — давление рабочей жидкости, развиваемое насосом, Н/м2.
Для рабочего и холостого хода толкателя производительность насоса соответственно равна
Qp = π*(D2-d2): 4vр (2.7)
и
Qх = π*(D2-d2): 4vх (2.8),
где D,d — диаметры соответственно цилиндра и штока, м; vр, vх – скорости соответственно рабочего и холостого ходов толкателя, м/с.
С учётом утечек и упругости гидравлической системы производительность насоса увеличивают на 20 %:
Qнас = 1,2 Qmax
где Qmax - наибольшая расчётная производительность, м3/с.
По величинам производительности насоса и давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах используют минеральные масла.
Мощность, необходимая для привода насоса
Nсm =p*Qнас / 1000ηн = P*ν/ ηрηтрηгηн (2.9),
где P - толкающее усилие, Н; р — давление рабочей жидкости, Па; ν – скорость толкателя, м/с; ηр - к.п.д. распределителя; ηтр - к.п.д. трубопроводов от насоса до рабочего органа; ηг - к.п.д. гидроцилиндра; ηн – полный к.п.д. насоса.
Винтовые толкатели
Винтовые толкатели применяют при условиях толкания до 700 кН и ходе башмака до 2,5 м. Винтовой толкатель (рис. 2.20) состоит из подвижной рамы 1, на которой установлены передняя 2 в задняя 3 стойка. К передней стойке прикреплены направляющие втулки 4 для штанг 5, а также радиальный 6 и упорный 7 подшипники для переднего конца винта 8. К задней стойке 3 прикреплен подшипник 9 для заднего конца винта 8. При вращении винта перемещается гайка 10 и связанная с ней траверса 11. Эта траверса жёстко связана с задними концами штанг 5, которые проходят через направляющие втулки 4 передней стойки и соединяются с общей толкающей головкой 12. Такая конструкция обеспечивает работу винта только на растяжение. Винт вращается от привода, состоящего из электродвигателя 13, упругой муфты с электромагнитным тормозом 14 и редуктора 15..Винт соединён с выходным валом редуктора муфтой 16.
Рис. 2.20. Схема винтового толкателя
Мощность привода винтового толкателя определяется по формуле
Nсm = Pν/1000η (2.10),
где Р - усилие толкания, Н; ν - скорость проталкивания, м/с; η – общий к.п.д. винта и привода.
Число оборотов винта толкателя определяется отношением заданной скорости проталкивания (ν) к ходу резьбы (s)
nв = v/s (2.11).
Общее передаточное число привода винтового толкателя
i = nд /nв (2.12),
где nв - частота вращения вала выбранного электродвигателя, об/мин.
При усилиях толкания больше 700 кН возникают трудности в обеспечении прочности винта и упорного подшипника винтового толкателя. Кроме того, при большом ходе толкателя трудно добиться достаточной устойчивости винта и штанг от продольного изгиба. Поэтому на крупных печах применяют лишённые этих недостатков реечные толкатели.
Реечные толкатели
Реечный толкатель (рис. 2.21) состоит из штанги 1, на которой снизу укреплена зубчатая рейха 2, находящаяся в зацеплении с приводной шестерней 5. Штанга перемешается по нижним опорным каткам 4, а в вертикальном направлении зафиксирована двумя парами опорных роликов 5. Толкающая штанга 1 на переднем конце имеет толкающие пальцы 6 с пружинными амортизаторами.
При движении штанги вправо пальцы упираются в заготовку и толкают её перед собой. При движении штанги влево и наличии на рольганге следующей заготовки пальцы отклоняются вверх, и головка штанги свободно возвращается в исходное положение, после чего пальцы опускаются вниз.
Мощность электродвигателя привода толкателя определяют по усилию и скорости проталкивания, как для винтового толкателя.
Рис. 2.21. Схема реечного толкателя
Общее передаточное число i привода находят по выражению
i = nд /nш (2.13),
где nд - скорость вращения вала выбранного электродвигателя, об/мин.; nш – (60ν/πdш) - скорость вращения реечной шестерни, об/мин.; ν – скорость толкания, м/с; dш — диаметр начальной окружности шестерни, м.
Фрикционные толкатели
Фрикционные толкатели применяются чаще всего в виде конструкции типа выталкивателя (рис. 2.22). Для них характерно толкающее усилие не более 5...10 кН, ход штанги до 5 м и более, скорость движения - 1 м/с. Толкатель представляет собой длинную квадратную штангу 1, движущуюся возвратно-поступательно от двух фрикционных роликов 4. Если штанга круглая, то она приводится в движение парой фрикционных дисков диаметром 200...300 мм.
Фрикционные ролики 4 установлены на подшипниках в передней стойке 2. Для создания необходимого толкающего усилия верхний ролик прижимается к штанге при помощи нажимных винтов и пружин 5. Оба ролика 4 имеют одинаковый диаметр и вращаются с одинаковой скоростью, но в разных направлениях. Штанга перемещается по направляющей балке б, которая своим задним концом опирается на стойку 7, а передним — на вертикальную цапфу 5 передней стойки. Это позволяет поворачивать штангу 1 в горизонтальной плоскости на небольшой угол в случае выталкивания перекосившихся в печи заготовок. Иногда штанга имеет водяное охлаждение.
Рис. 2.22. Схема фрикционного толкателя
Для сообщения штанге толкающего усилия Р фрикционные ролики необходимо прижимать к штанге с силой
Р1 = kP/f1 (2.14)
где f1 - коэффициент трения между роликами и штангой.
Диаметр фрикционных роликов определяется из расчёта на прочность по контактным напряжениям смятия на площади касания. Мощность и общее передаточное число привода определяются, как для винтового толкателя.
Рычажные толкатели
У рычажных толкателей, в отличие от рассмотренных выше, возвратно-поступательное движение толкающего органа осуществляется при непрерывном вращении электродвигателя в одном направлении. Рычажные толкатели рассчитаны обычно на толкающее усилие до 700 кН и ход толкателя до 600 мм.
Кроме электрического, в рычажных толкателях используют и пневматический привод. Кинематическая схема рычажного толкателя с электроприводом приведена на рис. 2.23.
Рис. 2.23. Схема рычажного толкателя
Электродвигатель 3 через муфту и червячный редуктор 4 вращает открытую зубчатую шестерню 2, на валу которой насажен кривошип 1. Кривошип через шатун 6 приводит в качательное движение кулису 8. Кулиса получает качательное движение относительно подвижной точки А рычага 7. Изменяя соотношение плеч кулисы Ab1/А а1 и её длину, можно получить различные величины хода толкателя. От соотношения плеч кулисы зависит и передаточное число рычажной системы механизма толкания.
Мощность электродвигателя привода рычажного толкателя Nсm определяется по формуле
Ncm = Pνcp/1000η (2.15),
где Р - усилие толкания, Н; νcp - средняя скорость толкания, м/с; η – общий к.п.д. толкателя.
Передаточное отношение зубчатой передачи и редуктора равно отношению числа оборотов двигателя к числу оборотов кривошипа: i = nдв/nкр.
Цепные толкатели и вытаскиватели
Цепные толкатели и вытаскиватели, в которых силовым элементом является цепь, применяют для загрузки, выгрузки и транспортировки штучных изделий, уложенных на поддонах. Усилие толкания цепных механизмов обычно не превышает 40 кН при ходе 6,5 м и скорости 0,4 м/с; тянущее усилие ограничивается прочностью цепи.
Число зубьев звёздочек принимают не менее шести, зазоры между контактирующими элементами цепи и в направляющих — не более 2 мм; профиль и основные размеры звездочек берут по ГОСТ 592-75. Предпочтительные числа зубьев 6,8,10,13, шаги цепи — 100,150,200 мм.
Рис. 2.24. Схема толкателя с цепным приводом
Схема толкателя с цепным приводом показана на рис. 2.24.
Толкатель состоит из штанги 2 с толкающей головкой 1. Штанга поддерживается роликами 3, закрепленными в стойке 4. Расстояние между подом печи и толкающей головкой 1 регулируется винтом 5. Задний конец штанги 2 заканчивается роликом 9, который опирается на направляющие 8 и присоединен к тяговой цепи 7, огибающей приводную 6 и натяжную 10 звёздочки. Цепь 7, а вместе с ней и штанга 2, совершают возвратно-поступательное движение за счёт реверса привода при подходе к звёздочкам ролика 9. Натяжная звёздочка 10 через зубчатую передачу вращает барабан 11, на который наматываются шланги 12, подающие охлаждающую воду во внутреннюю полость штанги 2.
Схема толкателя-вытаскивателя с силовым элементом в виде цепи приведена на рис. 2.25.
Рис. 2.25. Схема цепного толкателя-вытаскивателя
Основными элементами цепного толкателя-вытаскивателя являются: пластинчатая цепь 3, приводная звёздочка 4, корпус 5 и электромеханический привод (на рисунке не показан).
Цепной толкатель широко применяется для загрузки и вытаскивания из печи поддонов с деталями. При этом цепь 3 движется в литых корытных направляющих 2, в которых сверху имеется продольная щель для движения пальца 1, закреплённого на цепи 3 (рис.2.25.а). Цепь при толкании приводной звёздочкой 4 (рис. 2.25.6) не может вырваться из направляющих и с помощью пальца или специального захвата двигает поддон.
Расчёт цепного толкателя согласно кинематической схеме (рис. 2.25.в) сводится к определению крутящего момента (М) на выходном валу звездочки и осуществляется в следующей последовательности.
Усилие на зубе звёздочки при толкании
(2.16),
где t - шаг цепи; S— зазор в направляющих; n1 - число звеньев цепи в горячих направляющих печи после совершения полного рабочего хода; n2 - число звеньев цепи в холодных наружных направляющих между торцом печи и вертикальной осью звёздочки; ώ1 и ώ2 - коэффициенты сопротивления при перемещении звеньев цепи в направляющих печи и наружных направляющих (при скольжении боковых звеньев цепи в направляющих эти коэффициенты равны соответствующим коэффициентам трения скольжения, а при наличии катков
(2.17),
(2.18),
где D и d — диаметры ролика и его цапфы; k1 и k2 - коэффициенты трения качения соответственно в направляющих печи и наружных направляющих).
Усилие толкания каретки
(2.19),
где Р - усилие толкания поддона; h - расстояние между местом приложения силы и осью цепи; l - расстояние между реакциями опор каретки в направляющих; ω — коэффициент сопротивления при перемещении каретки в направляющих печи.
В случае скольжения каретки ω равен коэффициенту трения скольжения, а при наличии катков ω определяют по (2.17) и (2.18).
Крутящий момент на выходном валу звездочки
(2.20),
где Sсб - усилие, создаваемое силой тяжести сбегающей (работающей); Sнб - усилие, создаваемое силой тяжести набегающей (неработающей) части цепи; k - 1,2 - коэффициент, учитывающий потери на трение в шарнирах цепи и сопротивление на стыках направляющих в случае их деформации; η1 - к.п.д. подшипников и уплотнений; η1 = 0,8 — к.п.д. цепного зацепления.
Вытаскивающие механизмы
Вытаскивающие механизмы предназначаются для извлечения поддонов с изделиями из печей. На рис. 2.26 приведены схемы вытаскивающих механизмов. На практике часто применяется вытаскивание поддонов за задний борт с помощью опускающихся башмаков (рис. 2.26.а). В этом случае борта поддонов должны отстоять друг от друга на расстоянии 30...50 мм, что обеспечивается специальными приливами на поддонах, называемыми буферами.
Рис. 2.26. Схемы вытаскивающих механизмов
Широко применяют захват поддона путем подсовывания под него подставки (рис. 2.26.6). Однако при этом способе вытаскивания нужно исключить возможность выпадения деталей из поддона при его приподнимании подставкой, что может быть достигнуто увеличением высоты бортов поддонов. Поддоны могут также извлекаться из печи за боковые цилиндрические приливы (рис. 2.26.в).
Когда необходимо не только вытащить поддон, но и освободить его от изделий путем перевёртывания, используется устройство, показанное на рис. 2.26.г. При вертикальном положении поддона изделия ссыпаются на конвейер закалочного бака, а пустые поддоны транспортируются к загрузочному концу печи.
В качестве привода для вытаскивающих механизмов используются пневмо- и гидроцилиндры, а также электродвигатели. Расчет вытаскивателя производится по той же методике, что и толкателя.