Конструкторская разработка колесосъемника

КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА

1 Анализ существующих конструкций

Приспособление относится к транспортному машиностроению и может использоваться при техническом обслуживании и ремонте автомобилей.

Существуют различные применяемые при техническом обслуживании приспособления для монтажа и демонтажа пневмоколес автомобилей (см.рис 3.1.)

Рисунок 1- Колесосъемник

Колесосъемник работает следующим образом. К колесу, подготовленному к снятию подъезжает колесосъемник с раздвинутыми захватами 7. Захваты перемещаясь параллельно один другому сжимают снимаемое колесо и при движении колесосъемника назад колесо снимается со ступицы. В данном устройстве в механизм поперечного перемещения один ролик выполнен с винтовым механизмом перемещения, а другой со ступенчатым перемещением с фиксацией пальцем. Недостатком указанного устройства является неточность монтажа из-за ступенчатого привода одного из роликов. Также он имеет значительные габаритные размеры. Высокую стоимость.

Существует и другой способ монтажа и демонтажа пневмоколес с помощью автопогрузчика (см. рис. 3.2). Автопогрузчик имеет меньшие габариты, но его захваты 10 лишены возможности обеспечения точности установки монтируемого колеса.



Рисунок 2- Автопогрузчик

В результате проведенных патентных исследований ₍₁₉₎RU₍₁₁₎ 2038219₍₁₃₎ C1 данном дипломном проекте предлагается конструкторская разработка приспособления для монтажа и демонтажа пневмоколес при техническом обслуживании навешиваемой на трактор. Данное устройство позволяет поднимать колесо на высоту до 1,7 метра, что позволяет снимать и устанавливать колесо при нахождении машины на эстакаде или подъемнике.

Также приспособление включает поперечное раздельное перемещение каждого захвата для достижения точности монтируемого колеса и возможности корректировки колеса относительно ступицы транспортного средства. Кроме того, рама закрепленная к навеске трактора за счет навески трактора может наклоняться в вертикальной плоскости, что также обеспечивает точность установки колеса.

2 Краткое описание устройства и принцип работы

Приспособление (см. ЭМДП 02. 023. 000.ВО). для монтажа и монтажа пневмоколес, которая включает сварную раму, 8 выполненную из швеллеров расположенными по краям и в основании рамы, сверху рама связана уголками при помощи сварки; каретку 6 также состоящую из швеллеров, которая направляющими колесами 7 перемещается по направляющим рамы; гидроцилиндра 1 который нижней частью крепится на основание рамы, а верхней на поперечину каретки; винтовой механизм поперечного перемещения 5. Винтовой механизм перемещения (см. ЭМДП. 02 023. 110.СБ) включает вал 1 с резьбовой втулкой 3 на конце . На валах установлены рамки 9, на которой размещена ось 7 установленная в стакане 8. Ось вворачиваются в отверстия втулок. На рамках установлены захваты 10 с роликами. Каждый захват перемещается винтами независимо.

Приспособление работает следующим образом: колесо, предназначенное для монтажа устанавливается на ролики приспособления , 2 (см. ЭМДП 02. 023. 000.ВО). Трактор, с прикрепленным к навеске приспособлением подъезжает к транспортному средству, на которое монтируется колесо. С помощью гидроцилиндра колесо приподнимается и ориентировочно устанавливается по оси ступицы моста, на которую монтируется колесо. При помощи винтового механизма колесо вращается на роликах, в результате чего производится корректировка положения колеса относительно шпилек ступицы. Затем, перемещая колесо вдоль роликов, его окончательно устанавливают на шпильки ступицы. После этого трактор с устройством отъезжает и осуществляется заворачивание гаек. Демонтаж колес со ступицы осуществляется в обратной последовательности. Тем самым предлагаемая конструкция может использоваться в качестве приставки к транспортному средству и обеспечивает повышение производительности при техническом обслуживании МТП, способствует уменьшению времени на обслуживание в 2-3 раза и значительно улучшает условия труда.

3 Техническое обслуживание устройства

Перед использованием приспособления необходимо проверить соединение навески трактора с приспособлением. Осмотреть и подготовить устройство к работе, убедиться в его исправности. Внимательно осмотреть рабочее место, привести его в надежный порядок. Площадка должна быть свободной от посторонних предметов. Проверить действие гидравлической системы (в этом случае необходимо убедиться в том, что в соединениях гидравлической системы нет течи). Проверить работу механизмов подъема и наклона.

4Расчет и подбор элементов конструкции

Расчет захвата колеса на прочность. Роль захвата в приспособлении выполняет труба dxd1 ГОСТ 8732-78/БСт4сп ГОСТ 8731-74, диаметр d и толщину стенки d1 необходимо выбрать. Захват будет привариваться к рамке. Необходимо произвести расчет этого захвата на изгиб при действии на нее нагрузки в виде колеса и роликов. Нагрузка взята с двойным запасом 120кг.

Построим схему действующих на захват нагрузок (см. рис. 3.3)

Рис. 3 Схема действующих сил.

Построим графики эпюр действующих нагрузок

(1)

(2)



рис. 3.4 Эпюра изгибающих моментов.

Так как нас интересует Ммах, а не характер изменения М₂, то определяем М при b1max=b, следовательно:

(3)

Условие прочности захвата на изгиб (для стержней малой кривизны) имеет вид : [1,23]

у_max = М^max / W_z ? [у_т], (4)

где М^max - максимальный изгибающий момент, Н•мм;

W_z - осевой момент сопротивления, мм³;

[у_т] - максимальное допускаемое напряжение на изгиб (120…160 МПа).

(5)

Где G-вес трубы, Н

(6)

Где -плотность стали,

- площадь трубчатого сечения мм² (7)

Рис. 5-Трубчатое сечение

(8)

Произведем примерный расчет возмем трубу диаметром d=60мм и внутренним диаметром d1=55мм тогда,

мм³

Вес трубы G пренебрежимо мал по сравнению действующей нагрузкой Р, тогда:

Нм

у_max = 600000 / 6320= 95 МПа

Условие прочности на изгиб вала выполняется: 95 Мпа < 120 Мпа.

Выбираем трубу 60x5 ГОСТ 8732-78/БСт4сп ГОСТ 8731-74 [2]

Вал винтового механизма закреплен на каретке сваркой к уголку. Выберем уголок и произведем расчет его на изгиб и кручение.

Покажем схему действующей на уголок силы и построим эпюру этой силы.

В нашем примере мы имеем частный случай плоского напряженного состояния когда имеется совместное кручение и изгиб или растяжение, возникает напряженное состояние. В этом случае максимальное и минимальное напряжение определяется формулой. [24]

(9)

При этом эквивалентные напряжения примут вид по Теории наибольших касательных напряжений (3-я теория)

Используя условие прочности

(10)

(11)

Где у_х -норамльное напряжение при изгибе;

ф- касательное напряжение при изгибе.

(12) (13)

Где Q-поперечная сила действующая на уголок Н;

F- площадь сечения мм²

(14)

(15)

(16)

Где Jz-главный центральный момент инерции относительно оси Z

Ymax-координата точек поперечного сечения в котором определяется напряжение

(17)

Проведем прикидочный расчет, выберем уголок Б-63Х63Х4 ГОСТ 8509-72/Ст3сп ГОСТ 535-58 [2]

Площадь F данного уголка равна 496мм²

Z₀ = 16,9мм

мм

мм³

МПа

МПа

МПа

47,7МПа <120МПа условие прочности выполняется.

Выбираем уголок Б-63Х63Х4 ГОСТ 8509-72/Ст3сп ГОСТ 535-58.

В нашем приспособлении имеется винтовой механизм перемещения при помощи, которого колесо вращается по роликах, тем самым производится корректировка положения колеса относительно шпилек ступицы. Рассчитаем необходимое усилие прилагаемое к винту механизма перемещения. [10,20 ]

Момент завинчивания гайки или винта с головкой

(18)

Где Тр - момент в резьбе,

Тm- момент трения на торце гайки или головки винта.

Момент в резьбе

(19)

Где (20)

D1- наружный диаметр опорного торца гайки;

dотв- диаметр отверстия под винт;

f =0,15- коэффициент трения на торце гайки;

F- осевая сила.

Момент сил в резьбе определим, рассматривая гайку как ползун, перемещающийся по виткам резьбы .

(21)

Где ш- угол подъема резьбы;

- угол трения в резьбе;

f_пр- приведенный коэффициент трения в резьбе, учитывающий влияние угла профиля.

В нашем случае мы имеем крепежную метрическую резьбу, для которой f_пр=1,15 =>

(22)

Где- р₁- ход резьбы, р₁=р при однозаходной резьбе;

р=1,25- шаг резьбы

d₂- средний диаметр (диаметр воображаемого цилиндра, образующая которого пересекает резьбу в таком месте, где ширина выступа равна ширине впадины).

=> ш=1,3^°

F- осевую силу будет равна силе действующей роликами на колесо (см рис.7 )

Рис 7 Силы действующие на колесо

Так как сила трения Мтр пренебрежимо мала то:

(23)

Конструктивно примем максимальный угол 30^?

Н

Нм

Нм

Нм

Также момент завинчивания можно определить:

(24)

Где Fраб- усилие рабочего Н;

l-длина ключа мм.

тогда, Н

3.5Технико-экономическая оценка конструкции

Необходимо обосновать целесообразность внедрения разрабатываемой конструкции, окончательная оценка целесообразности применения разработанного приспособления приводится по технико- экономическим показателям, определив показатели сравним их с аналогичным предыдущим (существующим), применяемым приспособлением. [7,17]

Себестоимость изготовления конструкции можно найти по его массе и по цене гостированных покупных элементах конструкции.

C_K = 34·Q^0,6281· Ку+Сг+Срвд (25)

где Q- масса разрабатываемого приспособления, кг (Q=142 кг);

Ку - коэффициент удорожания цен (Ку=253);

Сг - стоимость гидроцилиндра, руб. (Сг=26500 руб.);

Срвд - стоимость рукавов высокого давления, руб. (Срвд=500 руб.).

Цена на гостированные покупные элементы конструкции была получена по данным интернет сайтов.

C_K = 34·142^0,6281· 253+26500+500=220398 руб

Стоимость операции технического обслуживания по установке и снятия пневмоколес автомобиля до применения проектируемой конструкции.

С₁=С_нч·Т, (26)

где С_нч- стоимость нормо-часа установленная предприятием, руб./ чел-ч.;

Т- трудоемкость установки и снятия всех колес (для трактора Т-150К) 1 чел-ч.

С₁=С_нч·Т= 500·1 = 500 руб.

Стоимость операции технического обслуживания по установке и снятию колес автомобиля при применении устройства для монтажа и демонтажа пневмоколес.

С₂ = С_зпо + С_доп + С_ур + С_соц+ С_оп+ С_рм (27)

где С_зпо- зарплата рабочих основная, руб;

С_доп- зарплата рабочих дополнительная, руб;

С_ур - начисления на зарплату с учетом уральского коэффициента , руб;

С_оп - общепроизводственные накладные расходы, руб;

С_рм - стоимость необходимых для обслуживания материалов =30 руб.;

С_соц- начисления на соцобеспечение, руб.

С_зпо=Т·С_ч·К_П (28)

где С_ч - тарифная ставка рабочего в зависимости от разряда (С_ч для 3 разряда 0,72);

К_П - коэффициент удорожания (К_П = 184);

С_зпо =1·0,72·184=132,5 руб.

Зарплата дополнительная

С_доп = С_зпо ·0,1 (29) С_доп =132,5 ·0,1=13,3 руб.

Величина отчислений по уральскому коэффициенту

С_ур =(С_доп + С_зпо)·0,15 (30)

С_ур =(132,5 +13,3) ·0,15=21,87 руб.

Социальные начисления

С_соц = (С_доп + С_зпо+ С_ур)·0,26 (31)

С_соц =(132,5 +13,3 +21,87) · 0,26=43,6 руб.

Общепроизводственные расходы

С_опр= (С_зпо·Н_п)/100 , (32)

где Н_п- доля затрат на общепроизводственные затраты (Н_п =140 %).

С_опр= (132,5 ·140)/100=185,5 руб.

С₂=132,5 +13,3 +21,87+43,6+185,5+30 =426,8 руб.

Ожидаемая годовая экономия от внедрения конструкции определяется для условий если изменяется объем продукции

Э_Г=N₁·С'-N₂·С" , (33)

где С' - себестоимость единицы продукции (ремонта машины, агрегата, сборочной единицы или восстановления детали) до внедрения разработанной конструкции, руб.;

С" - себестоимость единицы продукции после внедрения разработанной конструкции, руб.;

N₁ ,N₂ - соответственно годовая программа ремонта объектов или восстановления деталей без применения и с применением разработанной конструкции, шт. [7,17].

Э_Г= (500-426) ·833·=61 642 руб.

Срок окупаемости в годах предлагаемой конструкции :

(34)

Ок=220398/61 642=3,6 года

Для простых конструкций срок окупаемости должен быть не более 1 года, средней сложности - 2 года, сложных - 3 года.

Для окончательного решения вопроса о внедрении разработанной конструкции необходимо рассчитать годовой экономический эффект:

- если не изменяется объем продукции

Э=Э_Г-Е_Н(К₂-К₁) (35)

где Е_н - нормативный коэффициент экономической эффективности (Е_н = 0,15);

К₂ - размер капитальных вложений на изготовление приспособления руб.;

K₁ - первоначальная стоимость существующего приспособления, руб.

Э=61642-0,15·220398=28582 руб.

Дополнительно в качестве показателя, характеризующего конструкторскую разработку, может быть производительность труда.

До внедрения конструкции трудоемкость установки и снятия всех колес автомобиля КАМАЗ-5320 составляла 1 чел-ч., после внедрения трудоемкость составила 0,5 чел-ч.

Результаты технико-экономической оценки конструкции сводят в таблицу (табл. 5.1).

Таблица 1 - Технико-экономические показатели конструкции

Показатель	Ед. измерения	Конструкция проектируемая
1 Капитальные затраты	руб.	220398
2 Производительность труда		Повысилась в 1,5 раза
3 Себестоимость продукции,	руб шт.	426,8
4 Годовая экономия	руб.	61 642
5 Годовой экономический эффект	руб.	28582
6 Срок окупаемости	лет	3,6