Разработка конструкции нагнетателя смазки

Содержание

 

 

Введение

 

Целью автомобильного транспорта, как  части транспортного комплекса страны, является удовлетворение потребности промышленности и населения страны в грузовых перевозках при минимальных затратах всех видов ресурсов. Эта генеральная цель обеспечивается в результате повышения показателей эффективности автомобильного транспорта: роста провозной способности транспорта и производительности транспортных средств; сокращения себестоимости перевозок; повышения производительности труда персонала; обеспечения экологичности транспортного процесса.

Знание количественной и качественной характеристик закономерностей изменения параметров технического состояния узлов, агрегатов и автомобиля в целом позволяют управлять работоспособностью и техническим состоянием автомобиля в процессе эксплуатации, т. е. поддерживать и восстанавливать его  работоспособностью.

Необходимость поддержания высокого уровня работоспособности требует, чтобы большая часть неисправностей была предупреждена, т. е. работоспособность изделия была восстановлена до наступления неисправности. Поэтому задача ТО состоит главным образом в предупреждении возникновения отказов и неисправностей, а ремонта – в их устранении.

Обеспечение требуемого уровня технической  готовности подвижного состава для  выполнения перевозок при наименьших трудовых и материальных затратах является основным требованием  производственно-технической базы автомобильного транспорта системы АПК.

Уровень развития ПТБ оказывает  существенное влияние на показатели работы АТП, а значит на весь процесс  работы по ТО и ремонту. Качество работ ТЭА имеет прямое отношение к уровню развития ПТБ. Техническая готовность автомобильного парка и его надежность, производительность будут повышаться с повышением показателей и развитием ПТБ. Одним из главных целей системы ТО и ремонта является качество проводимых работ, надежность, уровень оснащенности рабочего места, поста. Уделение особого внимания развитию ПТБ в среде материально-технической базы является сейчас  как никогда актуальным для автомобильного транспорта нашей страны. Непрерывное развитие автомобильной промышленности зарубежных стран только усиливает необходимость развития материально-технической базы автомобильного транспорта нашей республики.

В курсовом проекте поставлена задача спроектировать оборудование для оснащения  работ по техническому обслуживанию автомобилей – нагнетатель смазки. Смазочно-заправочные работы присутствуют при ТО-1, ТО-2, сезонном обслуживании, поэтому потребность в высокоэффективном смазочном производительном оборудовании достаточно высока.

 

 

 

 

1 Анализ конструкций  и патентный поиск

1.1 Классификация оборудования для смазки узлов

 

 

Надежность и долговечность  работы агрегатов и автомобиля в  целом во многом зависит от своевременности  выполнения смазочных работ, качества применяемых масел и смазок.

Во время работы автомобиля масло в картерах двигателя и механизмов трансмиссии, а также смазка в открытых узлах трения претерпевают изменения, постепенно теряют свои свойства и становятся негодными для дальнейшего использования. Кроме того, количество масла в картерах двигателя и механизмов трансмиссии уменьшается по количеству, за счет выгорания (в двигателе) и утечек через неплотности в прокладках, сальниковых уплотнениях и в других открытых соединениях.

Таким образом  основным видом смазочных работ  является смена отработавшего масла и пополнение его количества до установленной нормы. Смазочные и сопутствующие им очистительные работы составляют от общего объема работ по техническому обслуживанию при ТО-1 – 25 – 30%, а при ТО-2 – 12 – 17%. Для выполнения смазочных работ в зависимости от типа смазки применяется, классификация которого приведена на схеме:

Оборудование  для жидких масел (для двигателя, трансмиссионных) обладает средней (от 1 до 5 л/мин) и большой (более 5 л/мин) производительностью при относительно низких давлениях (до 25 кГ/см²).

Оборудование  для консистентных смазок обладает малой производительностью, но развивает высокие давления. К числу такого оборудования относятся различные солидолонагнетатели, где основным рабочим механизмом (насосом) является плунжерная пара.

 

 

Рисунок 1.1 - Классификация маслораздаточного оборудования

 

 

Для обеспечения прокачиваемости  консистентных смазок требуется  оборудование, обеспечивающее подачу смазок под большими давлениями.

Наибольшее число точек на грузовых автомобилях (до 80%) смазывают при давлениях 50-100 кГ/см² и до 20% точек требуют давление 150-300 кГ/см².

В качестве механизмов для смазки применяются солидолонагнетатели. Наибольшее распространение получили передвижные (в том числе ручные) солидолонагнетатели с электрическим, пневматическим и ручным приводом [1]. В курсовом проекте разрабатывается передвижной пневматический нагнетатель смазки.

 

 

 

1.2 Обзор существующих конструкций

 

Пневматический солидолонагнетатель, Модель 170 (рисунок 1.1), предназначен для смазывания под высоким давлением через пресс-масленки консистентными смазками узлов трения автомобилей и других машин в автохозяйствах и на станциях технического обслуживания, имеющих источник сжатого воздуха.

Солидолонагнетатель представляет собой  плунжерный насос высокого давления, приводимый в действие пневматическим поршневым двигателем. Загружаемая в резервуар смазка подается к насосу при помощи вертикального шнека и рыхлителя, работающих от того же пневматического двигателя. Смазка перед поступлением в насос очищается от загрязнений в сетчатом фильтре.

Солидолонагнетатель снабжен резинометаллическим  нагнетательным шлангом с раздаточным  пистолетом разгруженного типа.

Корпус насоса, цилиндр пневматического  двигателя и резервуар со шнеком установлены на трех колесах и служат основанием солидолонагнетателя.

Рисунок 1.1 - Общий вид модели 170

 

 

 

Техническая характеристика:

Давление сжатого воздуха, МПа           0,6-1,0;

Производительность, г/мин                  220-250;

Давление смазки на выходе из пистолета, МПа           21-35;

Полезный объем бункера, кг        19;

Габаритные размеры, мм            690×375×680;

Вес установки (без солидола), кг        90.

 

Солидолонагнетатель ЦКБ, модель 3154, пневматический передвижной с вертикальным насосом предназначен для смазки автомобилей через пресс-масленки на станциях технического обслуживания и в автохозяйствах (рисунок 1.2).

  Солидолонагнетатель состоит  из пневматического двигателя  с насосом высокого давления, бункера, двухколесной тележки, шланга высокого давления с раздаточным пистолетом и воздушного присоединительного шланга.

Рисунок 1.2 -  Общий вид ЦКБ-3154

 

В качестве привода насоса высокого давления применен унифицированный пневматический двигатель золотникового типа.

Сжатый воздух подается в пневматический двигатель по шлангу, присоединенному к нему посредством быстросъемной муфты.

Шток пневматического двигателя  через соединительную муфту сообщает возвратно-поступательное движение ползуну и штоку насоса высокого давления.

Насос высокого давления – плунжерный одностороннего действия; насос состоит из заборного фильтра, плунжера, гильзы, нагнетательного клапана и всасывающего поршня с цилиндром.

При работе насоса плунжер остается неподвижным в осевом направлении, тогда как гильза перемещается относительно него. Для компенсации соосности плунжер закреплен в своей опоре шарнирно.

С целью обеспечения надежности работы солидолонагнетателя при  пониженной окружающей температуре  предусмотрено устройство для размешивания солидола в бункере.

Бункер подвешивается на тележке с помощью двух цапф, приваренных к стенкам бункера. Цапфы вставляются в проушины тележки. Так как ось цапф расположена выше центра тяжести бункера, он при наклонах тележки и ее перемещении всегда занимает вертикальное положение.

Крышка с закрепленными на ней пневматическим приводом и насосом, прижимается к бункеру двумя откидными зажимами, один из которых служит также для прижатия крышки люка, через который заправляет бункер смазкой.

Бункер с насосом снимают  с тележки при помощи имеющейся на нем рукоятки.

Техническая характеристика:

Давление воздуха рабочее, МПа       0,8;

Максимальное давление смазки на выходе, МПа      30;

Производительность, г/мин           200;

Емкость бункера полезная, л          30;

Габаритные размеры, мм           950×519×608;

Вес без солидола, кг            30.

 

Солидолонагнетатель Raasm 68213 пневматический передвижной (рисунок 1.3), привод от пневматического насоса, установленного на крышке бункера.

 

Рисунок 1.3 – Солидолонагнетатель  Raasm 68213

 

Бункер съемный, устанавливается в нишу на двухколесной тележке. Для удобства переноски на крышке бункера установлена ручка. Снабжен шлангом с раздаточным пистолетом.

Для заправки смазки в бункер, крышка снимается, в рабочем положении крепится к корпусу бункера двумя замками.

 

 

Техническая характеристика:

Давление воздуха рабочее, МПа          0,6-0,8;

Максимальное давление смазки на выходе, МПа      25;

Производительность, г/мин           180;

Емкость бункера полезная, л          13;

Габаритные размеры, мм           820×360×480;

Вес без солидола, кг            16,7.

 

Нагнетатель смазочный гаражный, модель С322 (рисунок 1.4), предназначен для смазывания через пресс-масленки трущихся частей автомобилей, тракторов и других машин в автотранспортных предприятиях и станциях технического обслуживания. В качестве смазки применять солидол С, пресс-солидол С ГОСТ 4366-76 или Литол 24.

Бункер жестко установлен на двух колеса, крышка выполнена заодно с  насосным узлом.

Рисунок 1.4 – Солидолонагнетатель  С-322

 
 

Технические характеристики:

Номинальное давление потребляемого  воздуха, Мпа            0,8; 
Давление на выходе насоса, МПа                                                        40; 
Производительность, г/мин, не менее                                  220; 
Вместимость бака, л                                                                           63; 
Габаритные размеры, мм, не более                                           430х 500х 1000; 
Масса, кг, не более                                                                                37.

 

Устройство всех рассмотренных  моделей однотипное, различия в конструктивных исполнениях, дизайне и технических характеристиках. Бункер располагается на колесном ходу для удобства перемещения с заполненной смазкой. Пневматический привод и плунжерный насос располагаются в крышке.

Для удобства анализа технических  характеристик и выбора прототипа  солидолонагнетателя для дальнейшей разработки сведем в одной таблице 1.1 характеристики каждой модели.

По соотношению достоинств и  недостатков в благоприятную сторону, за прототип можно принять нагнетатель С-322.

Для удобства эксплуатации наиболее удобна внешняя компоновка и форма  устройства ЦКБ-3154 со съемным бункером. 

Таблица 1.1 – Анализ конструкций пневматических нагнетателей смазки

Модель	Техническая характеристика					Достоинства	Недостатки
	Давление на выходе, МПа	Производительность, г/мин	Емкость бункера, кг	Габариты, мм	Масса, кг
1	2	3	4	5	6	7	8
Модель 170	21-35	220-250	19	690× 375× 680	90	Высокая производительность	Большая масса при небольшом объема заправки бункера
ЦКБ-3154	30	200	22	950× 519× 608	30	Высокое давление на выходе, небольшая масса	Большие габариты

 

 

 

 

Продолжение таблицы 1.1

1	2	3	4	5	6	7	8
Raasm 68213	25	180	13	820× 360× 480	16,7	Малый вес и габариты	Небольшой объем заправки бункера, небольшая производительность
С-322	40	220	63	430х  500х 1000	37	Отличное соотношение объема бункера с массой установки, высокое давление на выходе, большая произволдительность	Не выявлено

 

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