Конструкция электрододержателя узла дуговой сталеплавильной печи

Размещено на http://www.allbest.ru

Расчет геометрических характеристик.

1) Толщина токоведущей щеки:

, (1)

где - эквивалентная глубина проникновения электромагнитного поля.

(2)

2) Высота щеки принимается:

мм. (3)

3) Уравновешивающая сила тяжести электрода:

, (4)

где = 0,25 р - масса электрода;

- плотность материала электрода, равная (1,5...1,6) * ;

- расчетное значение нормальной силы, создаваемой нажимной колодкой; - коэффициенты трения электрода на поверхностях соприкосновения с бронзовыми контактными щекамии стальной нажимной колодкой .

4) Фактическое усиление зажима электрода, создаваемое пружинно- пневматическим механизмом электрододержателя, характеризуется формулой: электродержатель пневмоцилиндр пружина толкатель

, (5)

где - коэффициент запаса, равный 1,5- 2 и учитывающий возможность уменьшения усилия зажима в следствии термического расширения рычагов и тяг механизма, а также в следствии старения пружин.

(6)

Расчет пневмоцилиндра:

1) Сила пружины при максимальной деформации рассчитывается по формуле:

, (7)

где - коэффициент запаса, принимаемый равным 1,7;

- сила тяжести электрода;

- коэффициент трения между электродом и колодкой (0,2...0,25);

- отношение плеч рычажной системы.

2) Диаметр пневмо- цилиндра рассчитывается по формуле:

, (8)

где p- давление жидкости, Мпа

мм. (9)

Принимаем ближайший стандартный размер D = 250 мм.

P = 31000 (10)

3) Сила предварительного напряжения (при навивке и холоднотянутой и термообработанной проволоки) рассчитывается по формуле:

H (11)

Расчет пружины

4) Максимальное касательное напряжение пружины рассчитывается по формуле:

, (12)

где d- диаметр проволоки, мм.

МПа (13)

5) Максимальная деформация одного витка пружины рассчитывается по формуле:

, (14)

- наибольший прогиб одного витка, мм.

мм. (15)

6) Жесткость пружины рассчитывается по формуле:

Н/мм. (16)

7) Число рабочих витков пружины рассчитывается по формуле:

(17)

8) Полное число витков пружины рассчитывается по формуле:

, (18)

де - число опорных витков

(19)

9) Средний диаметр пружины рассчитывается по формуле:

мм. (20)

10) Индекс пружины рассчитывается по формуле:

 (21)

11) Предварительная деформация пружины рассчитывается по формуле:

мм. (22)

12) Рабочая деформация пружины рассчитывается по формуле:

мм. (23)

13) Максимальная деформация пружины рассчитывается по формуле:

мм. (24)

14) Длина пружины при максимальной деформации рассчитывается по формуле:

, (25)

где - число отработанных витков.

мм. (26)

15) Длина пружины в свободном состоянии рассчитывается по формуле:

мм. (27)

17) Длина пружины при предварительной деформации рассчитывается по формуле:

мм. (28)

18) Длина пружины при рабочей деформации рассчитывается по формуле:

мм. (29)

19) Шаг пружины в свободном состоянии рассчитывается по формуле:

мм. (30)

20) Напряжение в пружине при предварительной деформации рассчитывается по формуле:

МПа (31)

21) Напряжение в пружине при рабочей деформации рассчитывается по формуле:

МПа (32)

22) Внутренний диаметр пружины рассчитывается по формуле:

мм. (33)

Моделирование конструкции толкателя и колодки

Для создания трехмерной модели колодки, создаем эскиз в плоскости "YX" в виде половины колодки с нанесенными размерами:

Далее производим операцию "выдавливание". Получили тело по исходному эскизу.

Далее создаем вторую половину колодки:

Далее на поверхности детали создаем эскиз:

Затем выполняем операцию выдавливание. Для облегчения детали:



Далее на поверхности детали создаем эскиз в виде окружности с нанесенным размером-диаметром:

Затем выполняем операцию выдавливание:



Далее выполняем операцию выдавливание окружности, для закрепления колодке на толкателе:

Затем выполняем операцию выдавливания. Для закрепления колодки на толкателе гайкой:

Параметризация модели

Параметризация заключается в представлении ее через совокупность параметров, устанавливающих соотношения между геометрическими и размерными характеристиками. Размерные параметры определяют размер модели. Геометрические параметры (зависимости) устанавливают такие характеристики объектов модели, как горизонтальные, касание, концентричность и. т. п. Параметризация проводится для создания связей между параметрами, таким образом мы можем заменив один параметр перестроить всю модель.

Параметризация внутренняя - это создание формул для связки параметров, при замене одного параметра, остальные перестраиваются автоматически. Внешняя параметризация - это связывание параметров модели с каким-то внешним параметром. В случае моделей рычага и узла, главный параметр - это диаметр электрода. И мы все формулы при параметризации связали с диаметром электрода, таким образом при замене диаметра электрода перестраивается вся модель.

Автоматический расчет нагрузок и деформаций в узле электрододержателя от массы электрода

Система прочностного анализа APM FEM для КОМПАС-3D

1) Информация о проекте

Дата создания отчёта	23.01.2015; 14:16:39
Путь к файлу	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Колодка в подсборке.a3d

Модель

2) Информация о материалах

N	Имя детали	Материал
1	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Прижимная колодка.m3d	М3 ГОСТ 859-2001
2	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Шток колодки.m3d	Сталь
3	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\шайба.m3d	Сталь
4	C:\Program Files\ASCON\KOMPAS-3D V15\Libs\PartLib\DATA\vault\Methods\Kompas\3D\PLib_Nut_OST92_900.m3d	Сталь
5	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Труба толкателя.m3d	Сталь
6	C:\Program Files\ASCON\KOMPAS-3D V15\Libs\PartLib\DATA\vault\Methods\Kompas\3D\PLib_Clevis_Pin_ISO_1100.m3d	Сталь
7	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Шайба опорная.m3d	Ст Сталь

Название материала: Сталь

Предел текучести [МПа]	235	По-умолчанию
Модуль упругости нормальный [МПа]	200000	По-умолчанию
Коэффициент Пуассона	0.3	По-умолчанию
Плотность [кг/м^3]	7800	По-умолчанию
Температурный коэффициент линейного расширения [1/C]	0.000012	По-умолчанию
Теплопроводность [Вт/(м*C)]	1	По-умолчанию
Предел прочности при сжатии [МПа]	410	По-умолчанию
Предел выносливости при растяжении [МПа]	209	По-умолчанию
Предел выносливости при кручении [МПа]	139	По-умолчанию

Название материала: М3 ГОСТ 859-2001

Предел текучести [МПа]	380
Модуль упругости нормальный [МПа]	115000
Коэффициент Пуассона	0.34
Плотность [кг/м^3]	8940
Температурный коэффициент линейного расширения [1/C]	0.000017
Теплопроводность [Вт/(м*C)]	385
Предел прочности при сжатии [МПа]	410	По-умолчанию
Предел выносливости при растяжении [МПа]	209	По-умолчанию
Предел выносливости при кручении [МПа]	139	По-умолчанию

3) Информация о нагрузках

Наименование	Выбранные объекты	Параметры нагрузки
Удельная сила по площади: Удельная сила по площади:1	Грани: 1	Вектор нагружения:  X = 1.83; Y = 0; Z = 0  Величина: 1.83 H/мм^2
Распределенная сила: Распределённая сила:1	Рёбра: 2	Вектор силы:  X = -31000; Y = 0; Z = 0  Величина: 31000 H

4) Информация о закреплениях

Наименование	Выбранные объекты	X [мм]	Y [мм]	Z [мм]	Rot. X [град]	Rot. Y [град]	Rot. Z [град]
Закрепление: Закрепление:1	Грани: 1	Запрещ.	Запрещ.	Запрещ.	-	-	-

5) Информация о совпадающих поверхностях

Наименование	1-я деталь	2-я деталь	Тип контакта	Радиус [мм]	Нормальная жёсткость [Н/мм]	Касательная жёсткость [Н/мм]
Совпадающие поверхности: Деталь - Деталь	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Прижимная колодка.m3d Грани: 3	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Шток колодки.m3d Грани: 3	Жёсткий контакт	2	-	-
Совпадающие поверхности: Деталь - Деталь	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Прижимная колодка.m3d Грани: 2	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\шайба.m3d Грани: 3	Жёсткий контакт	2	-	-
Совпадающие поверхности: Деталь - Деталь	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Шток колодки.m3d Грани: 1	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\шайба.m3d Грани: 3	Жёсткий контакт	2	-	-
Совпадающие поверхности: Деталь - Гайка М52x3 ГОСТ 10607-94	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Шток колодки.m3d Грани: 2	Грани: 2	Жёсткий контакт	2	-	-
Совпадающие поверхности: Деталь - Деталь	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Шток колодки.m3d Грани: 3	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Труба толкателя.m3d Грани: 4	Жёсткий контакт	2	-	-
Совпадающие поверхности: Деталь - Clevis pin ISO 2341 - B - 20 x 100 - St	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Шток колодки.m3d Грани: 2	Грани: 1	Жёсткий контакт	2	-	-
Совпадающие поверхности: Деталь - Гайка М52x3 ГОСТ 10607-94	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\шайба.m3d Грани: 2	Грани: 2	Жёсткий контакт	2	-	-
Совпадающие поверхности: Деталь - Clevis pin ISO 2341 - B - 20 x 100 - St	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Труба толкателя.m3d Грани: 4	Грани: 3	Жёсткий контакт	2	-	-
Совпадающие поверхности: Деталь - Шайба опорная	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Труба толкателя.m3d Грани: 3	C:\Users\awj\Desktop\Проект электрододержатель\Шайба опорная.m3d Грани: 3	Жёсткий контакт	2	-	-

6) Конечно-элементная сетка

Параметры и результаты разбиения

Наименование	Значение
Максимальная длина стороны элемента [мм]	20
Максимальный коэффициент сгущения на поверхности	1
Коэффициент разрежения в объеме	1.5
Количество конечных элементов	16395
Количество узлов	5463

7) Результаты

Инерционные характеристики модели

Наименование	Значение
Масса модели [кг]	163.992379
Центр тяжести модели [м]	( -0.900412 ; -0.000018 ; -0.00002 )
Моменты инерции модели относительно центра масс [кг*м^2]	( 244.008335 ; 0.388098 ; 0.928597 )
Реактивный момент относительно центра масс [Н*м]	( -3.08346 ; 3.488645 ; -8.447405 )
Суммарная реакция опор [Н]	( -3094.495059 ; -0 ; 0 )
Абсолютнoе значение реакции [Н]	3094.495059
Абсолютнoе значение момента [Н*м]	9.64557

Результаты статического расчета

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Эквивалентное напряжение по Мизесу	SVM [МПа]	0	34.19946



Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Суммарное линейное перемещение	USUM [мм]	0	0.14367

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Коэффициент запаса по текучести		6.94174	1000

Наименование	Тип	Минимальное значение	Максимальное значение
Коэффициент запаса по прочности		12.111121	1000

Заключение и выводы

В этой курсовой работе мы рассмотрели конструкцию электрододержателя узла дуговой сталеплавильной печи. Разработали конструкцию толкателя и колодки. Испытали данный колодки на нагрузки с помощью средств программного обеспечения САПР. В результате мы имеем 10-кратный запас прочности по самому загруженному участку. Таким образом, по нашим расчетам, данная колодка и толкатель выдержит эксплуатацию в условиях металлургического производства.

Список литературы

1. Дуговые сталеплавильные печи. Атлас. Зинуров И. Ю., Строганов А. И., Кузнецов Л.К. и др. "Металлургия", 1978. - 180 с.

2. Расчет мощности и параметров электропечей черной металлургии. Егоров А. В. Учебное пособие для вузов. - М.: Металлургия, 1990. 280 с.

3. Расчет дуговых сталеплавильных печей: методические указания. Богданов С. П. СПБ.: СПБГТИ(ТУ), 2006.-44 с.

4. Теория и конструкции металлургических печей. Кривандин В. А. - М.: Металлургия, 1986.

5. Краткий справочник сталеплавильщика. Борнацкий И. И. - М.: Металлургия, 1986.

6. Автоматизация конструкторских работ в среде Компас-3D. Самсонов В. В., Красильникова Г. А. 2006.

7. Компас-3D V10. Максимально полное руководство. Том 1, том2. Кудрявцев Е. М. М.: ДМК Пресс, 2008. 1184 с.

8. ГОСТ 13776-86 - Пружины винтовые цилиндрические сжатия 3 класса, разряда 3 из стали круглого сечения. Основные параметры витков.

Размещено на Allbest.ru