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Diseño y fabricación de una prensa hidráulica de 30 toneladas.

Número Navegar:360     Autor:Editor del Sitio     publicar Tiempo: 2020-06-09      Origen:motorizado Su mensaje

Resumen

En un intento por aliviar el problema de la escasez de equipos en nuestros laboratorios en la mayoría de nuestras instituciones superiores, a 30 toneladas.prensa hidráulicaFue diseñado, construido y probado utilizando materiales de origen local. Los principales parámetros del diseño incluyeron la carga máxima (300 kN), la distancia la resistencia de la carga debe moverse (carrera del pistón, 150 mm), la presión del sistema, el área del cilindro (diámetro del pistón = 100 mm) y la velocidad de flujo de volumen del fluido de trabajo. Los componentes principales de la prensa diseñados incluyen la disposición del cilindro y del pistón, el marco y el circuito hidráulico. La máquina se probó para el rendimiento con una carga de 10 kN proporcionados por dos resortes de compresión de constantes 9 N / mm cada uno dispuestos en paralelo entre las placas superior e inferior y se encontró que es satisfactoria. Un perno de acero fijado en la placa inferior de una prensa hidráulica, está sujeta a fuerzas de alto impacto. Este perno tiene un diámetro importante de 14 mm y un tono de 2 mm. Es de 300 mm de largo y la tuerca lleva una energía de impacto de 4500 n-mm. El perno utilizado se muestra en la Figura 1B. El hilo se corta para el diámetro completo de 14 mm. El uso de los principios DFM Diseñe un tornillo mejor que puede reducir la tensión del área de la raíz a 245 MPa de la tensión del área de la raíz estándar de 290 MPa. Mostrar los cálculos.


1. Introducción

El desarrollo de la ingeniería a lo largo de los años ha sido el estudio de encontrar medios cada vez más eficientes y convenientes para empujar y extraer, rotar, empujar, empujar y controlar la carga, que van desde unos pocos kilogramos hasta miles de toneladas. Las prensas son ampliamente utilizadas para lograr esto.


Las prensas, según lo definidas por Lange, son las máquinas de ejercicio de presión. Se pueden clasificar en tres categorías principales como: prensas hidráulicas que operan en los principios de presión hidrostática, pulsaciones de tornillo que utilizan tornillos de alimentación para transmitir energía y prensas mecánicas que utilizan la vinculación cinemática de los elementos para transmitir la potencia.


En la prensa hidráulica, la generación de fuerza, la transmisión y la amplificación se logran utilizando líquido bajo presión. El sistema líquido muestra las características de un sólido y proporciona un medio muy positivo y rígido de transmisión de energía y amplificación. En una aplicación simple, un pistón más pequeño transfiere líquido a alta presión a un cilindro que tiene un área de pistón más grande, amplificando así la fuerza. Hay fácil transmisibilidad de gran cantidad de energía con amplificación de fuerza prácticamente ilimitada. También tiene un efecto de inercia muy bajo.


Una prensa hidráulica típica consiste en una bomba que proporciona la potencia motriz para el fluido, el fluido en sí mismo que es el medio de transmisión de potencia a través de tuberías y conectores hidráulicos, dispositivos de control y el motor hidráulico que convierte la energía hidráulica en el trabajo. de resistencia de carga.


Las principales ventajas de las prensas hidráulicas sobre otros tipos de prensas son que proporcionan una respuesta más positiva a los cambios en la presión de entrada, la fuerza y ​​la presión pueden controlarse con precisión, y la magnitud completa de la fuerza está disponible durante toda la carrera de trabajo de la Viaje de RAM. Se prefieren las prensas hidráulicas cuando se requiere una fuerza nominal muy grande.

La prensa hidráulica es un equipo invaluable en el taller y los laboratorios, especialmente para las operaciones de ajuste de la prensa y para la deformación de materiales, como en los procesos de formación de metal y las pruebas de material para la fuerza. Una mirada al taller en Nigeria revela que todas estas máquinas se importan al país. Por lo tanto, está destinado aquí diseñar y fabricar una prensa, que es de bajo costo e operado hidráulicamente utilizando materiales de origen local. Esto no solo ayudará a recuperar el dinero perdido en forma de divisas, sino que mejorará el nivel de nuestra tecnología local en la explotación de la transmisión de energía de fluidos hidráulicos.


Metodología 2.Design

Los sistemas de energía fluida están diseñados por objetivos. El problema principal que se debe resolver en el diseño del sistema está transponiendo el rendimiento deseado del sistema en la presión hidráulica del sistema.

Diseño de prensa hidráulica.

Fig. 1. Diagrama esquemático de la prensa hidráulica. Volumen flujo y coincidir con estas características con una entrada disponible al sistema para mantener la operación.

Los principales parámetros del diseño incluyeron la carga máxima (300 kN), la distancia la resistencia de la carga debe moverse (carrera del pistón, 150 mm), la presión del sistema, el área del cilindro (diámetro del pistón = 100 mm) y la velocidad de flujo de volumen del fluido de trabajo. Los componentes críticos que requieren diseño incluyen el cilindro hidráulico, el marco, el circuito hidráulico (Fig. 1).


2.1.1.El diseñoPonente

2.1.1. Cilindro hidráulico:

Los cilindros hidráulicos son tubulares en estructura en la que un pistón se desliza cuando el fluido hidráulico se admite en ella. El requisito de diseño incluye el grosor mínimo de la pared del cilindro, la placa de cubierta del extremo, el grosor de la brida y la especificación y selección de número y tamaños de tornillos. La fuerza de salida requerida a partir de un cilindro hidráulico y la presión hidráulica disponible para este propósito determinar el área y el orificio del cilindro y el grosor de la pared mínima.


2.1.2. Placa de cubierta final del cilindro:

El grosor T, de la placa final, que se admite en la circunferencia mediante tornillos y sometidos a una presión interna distribuida uniformemente sobre el área, se da por eq. (2) de Khurmi y Gupta (1997), como: t = kd (p / Δt) 1/2, (2) donde: D = diámetro de la placa de cubierta de extremo (M), 0.1; K = coeficiente dependiendo del material de la placa, 0.4, de Khurmi y Gupta (1997); P = presión de fluido interno (N / m2), 38.2; Δt = diseño de diseño de diseño permitido. Material de la placa, 480 N / m2; de la cual se obtuvo el grosor de la placa para ser 0.0118 m.


2.1.3.Bolt:

La cubierta del cilindro puede ser asegurada por medio de pernos o pernos. La posible disposición para asegurar la cubierta con pernos se muestra en la FIG. 2. Con el fin de encontrar el tamaño correcto y el número de pernos, n, se utilizará, el siguiente ec. (3) se utilizó según lo adoptado de Khurmi y Gupta (1997): (πdi 2/4) p = (πdc 2/4) Δtbn, (3) donde; P = presión de fluido interno (N / m2); Di = diámetro interno del cilindro (m); DC = Diámetro del núcleo del perno (M), 16 × 10-3 m; ΔTB = resistencia a la tracción permisible del perno.

Diseño de prensa hidráulica.

Si se conoce el tamaño del perno, entonces, el número de tornillos se puede calcular y viceversa. Sin embargo, si el valor de n se obtiene. ANTERIOR es extraño o una fracción, entonces se adopta el siguiente número aún mayor. El número de tornillos se calculó para ser 3.108, por lo que se eligieron cuatro tornillos. La estanqueidad de la articulación entre el cilindro y la cubierta final depende del tono circunferencial, DP, del perno, que se obtuvo como 0.0191 m de la ec. (4): DP = DI + 2T + 3DC, (4) donde: T = grosor de la pared del cilindro (M), 17 × 10-3.


2.1.4.El brida del ciclario:

El diseño de la brida del cilindro es esencialmente para obtener el grosor mínimo TF, de la brida, que puede determinarse de la consideración de flexión. Hay dos fuerzas en acción aquí, una debido a la presión fluida y la otra que tiende a separar la brida debida al sellado, que debe resistir el estrés producido en los tornillos. La fuerza que intenta separar la brida se calculó para ser 58.72 KN desde la ec. (5): F = (π / 4) D1 2 P, (5) donde: D1 = Diámetro exterior del sello, 134 × 10-3 m.


2.1.5. Determinación del espesor de la brida:

El grosor de la brida, TF se puede obtener considerando la flexión de la brida sobre la sección A-A que es la sección a lo largo de la cual la brida es más débil en la flexión (Fig. 3). Esta flexión se produce debido a la fuerza en dos pernos y la presión fluida dentro del cilindro.

Diseño de prensa hidráulica.

Por lo tanto, ec. (6) dio un espesor de brida de 0.0528 m: tf = (6 m) / (bδf), (6) donde: B = ancho de la pestaña ATSECTOR A-A, 22.2 × 10-3 M; Δf = tensión de corte de material de brida, 480n / m2; M = momento de flexión resultante, 5,144.78 nm.


2.1.6. Pistón:

El tamaño de la columna de la varilla de pistón requerido necesaria para mantener la carga aplicada y que está en alineación con la línea central del orificio del cilindro está influenciada por la resistencia del material de la varilla, la fuerza aplicada a la columna de la varilla enLa compresión, la situación de montaje del propio cilindro y la carrera sobre la cual se debe aplicar la carga.

El procedimiento para computar el tamaño de la columna de la varilla del pistón y las longitudes de cilindro bajo la condición de empuje en extremo se realizó utilizando el procedimiento sugerido por Sullivan. Por esto, el tamaño de la varilla de pistón de diámetro no inferior a 0.09 m fueConsiderado adecuado para el diseño.


2.1.7. Selección de sellos:

Los sellos se utilizan para prevenir las fugas internas y externas en el sistema en diferentes condiciones de funcionamiento de presión y velocidad. El sello estático seleccionado utiliza el principio de ranura y anillo para afectar un sello. Se calcula la dimensión de la ranura.de modo que la oring seleccionada debe comprimirse entre 15 y 30% en una dirección e igual al 70-80% del diámetro transversal libre. El problema en la selección del sello estático es especificar la ranura de tal manera que una junta tórica pueda ser comprimidaen una dirección y expandido en otro, por lo tanto; Se especificó una dimensión de bandejas de 4 mm × 3 mm para el sello.


2.2.El diseño de marcos.

El marco proporciona puntos de montaje y mantiene las posiciones relativas adecuadas de las unidades y piezas montadas en él durante el período de servicio en todas las condiciones de trabajo especificadas. También proporciona rigidez general de la máquina (Acherkan.1973). La consideración del diseño es la de la tensión directa impuesta en los pilares. Otros miembros del marco, como los platens (como en nuestro caso) están sujetos a simples tensiones de flexión.


2.2.1.Plateen:

Las platinas superior e inferior proporcionan un punto de contacto directo con el objeto que se está comprimiendo. Por lo tanto, están sujetos a la tensión de flexión pura debido a una pareja igual y opuesta que actúa en el mismo plano longitudinal. El diseñoLa consideración es esencialmente para doblar y consiste principalmente en la determinación del valor más grande del momento de flexión (M) y la fuerza de corte (V) creada en el haz que se encontró que era 45 KN / M y 150 KN, respectivamente. EstasSe calcularon utilizando el procedimiento adoptado.


2.2.2. Módulo de selección:

Los valores de V y M obtenidos facilitan el cálculo del módulo de la sección de las placas. Esto proporciona la profundidad mínima (espesor) D, y se calculó para ser de 0.048 m de la ec. (7): D = [(6M) / (ΔB)] 1/2, (7) donde; M = máximomomento de flexión, 45 kN / m; B = 600 × 10-3 m; Δ = 480 × 106 n / m2.


2.3.PUMP

El parámetro inicial en el diseño es estimar la presión máxima de descarga de fluidos requerida en el cilindro y luego se agrega un factor a la cuenta de la pérdida de fricción en el sistema. Esto se obtuvo para ser 47.16 × 106 N / m2.

La acción de bombeo es accionada por un sistema de palanca. La longitud real de la palanca se obtuvo para ser 0,8 m. Esto se calculó asumiendo un esfuerzo teórico máximo y tomando el momento sobre el punto de apoyo.

3. Procedimiento de fabricación de uñas

El acero de la sección de canal U de 200 mm × 70 mm se obtuvo localmente del proveedor de acero estructural y se obtuvieron dos placas de acero de 200 × 400 × 40 × 40 mm de Scrap Yard en Benin City, Nigeria. Después de determinar las dimensiones principales de laLas secciones críticas del diseño, se cortaron dos secciones de 2.800 mm del acero utilizando la sierra eléctrica en el taller desde la cual se fabricó el marco. A φ150 mm con tubo de diámetro interno φ90 mm también se obtuvo del patio de desecho yEstaba aburrido y lapeado a φ100 mm en el torno. También se obtuvo un tubo de acero ligero tubular de φ70 mm y 15 mm de espesor que se giró en un extremo a φ60 mm para albergar el sello y la carcasa del sello. El pistón y el cilindro estaban ensamblados.y montado en la base del marco con pernos que se soltaban previamente. También se proporcionó una barra de guía hecha de un tubo de acero para permitir el movimiento vertical recto de la platina. Las placas fueron producidas a partir del acero.Placa y dos orificios de φ20 mm se perforaron en ambos extremos para el pasaje de la barra de guía. La platina inferior se ensambló en la parte superior del pistón y se mantuvo en posición por un hueco mecanizado en él. Un anillo de calibración también se produjo a partir de 10.Placa de acero suave de mm gruesa y se colocó entre la platina superior y la barra transversal de la prensa como se muestra en la FIG. 1.


3.1. Resultado de la prueba de rendimiento

Es una práctica normal para asignar productos de ingeniería a prueba (s) después de la fabricación. Este es un paso significativo en el proceso de fabricación. En exámenes, el producto se verifica para ver si se cumplen los requisitos funcionales, identificanProblemas de fabricación, comprobar la viabilidad económica, etc.

Por lo tanto, las pruebas se emplean para demostrar la efectividad del producto. Para la prensa hidráulica, la prueba de fugas es la prueba más significativa. La prueba comenzó con el cebado inicial de la bomba. Después de lo cual se bombea el fluido.Esto se llevó a cabo bajo condiciones de no carga. La máquina se dejó para pararse en esta posición durante dos horas.

La máquina se sometió luego a una carga de 10 kN proporcionada por dos resortes de compresión de constantes 9 N / mm cada uno dispuestos en paralelo entre las platinas. Los resortes se comprimieron axialmente a una longitud de 100 mm. Este arreglo fueIzquierda para representar dos horas y se observó para fugas. La fuga en el sistema no se indicó, ya que la platina inferior no caía de su posición inicial.


4. Conclusión

Una prensa hidráulica de 30 toneladas fue diseñada, fabricada y calibrada. La máquina se probó para garantizar la conformabilidad de diseñar objetivos y reparabilidad. Se encontró que la máquina era satisfactoria en una carga de prueba de 10 kN. MásLa prueba de la carga de diseño aún no se ha llevado a cabo.

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