СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МОЕЧНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ МОЙКИ СТУПИЦ КОЛЕС ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Основной причиной необходимости чистки ступицы колеса является образование нагара на ее поверхности. Нагар возникает при повышенном нагреве диска колеса, а также из-за недостатка смазки (при утечке через поврежденный сальник или несвоевременном обслуживании).

Эффективным методом удаления нагара является обработка деталей в слабощелочных водных растворах моющих средств и в органических растворителях с использованием высокочастотных звуковых колебаний - ультразвуковая очистка. В связи с появлением в последнее десятилетие сертифицированных эффективных и безопасных водорастворимых моющих средств для ультразвуковых ванн, метод очистки деталей с их помощью становится все более популярным, т.к. обладая преимуществами метода замачивания он исключает недостатки этого замачивания.

Основой для дальнейшего усовершенствования послужила установка для мойки с пьезоэлектрическим преобразователем, так как для мойки ступиц колес требуется минимальная ультразвуковая частота. Даже не смотря на стоимость данного преобразователя, он призван обеспечить не только высокую степень очистки деталей, но и увеличение их ресурса и дальнейшей ремонтопригодности, что является ключевым аргументом в пользу выбора именно этого преобразователя.

Так как ванна ультразвуковой очистки содержит в себе растворы, опасные для человека, мы добавили к моечной установке такой элемент как кран-балку. Она будет поднимать и опускать клеть со ступицами в ванную, также служа элементом для сушки данных деталей.

Поэтому мы взяли для расчетов именно этот элемент усовершенствованной моечной установки, так как кран-балка является новым дополнительным элементом, который нуждается в гораздо более точных расчетах, в отличие от ванны, размеры которой напрямую зависят от размера ступиц колес легковых автомобилей и были приняты без каких-либо расчетов.

Мы спроектировали стрелу как балку постоянного прямоугольного сечения. Материал – Ст3. Балка нагружена полезной нагрузкой Р = 1000 Н и равномерно-распределенной нагрузкой от собственного веса (рисунок 1).

Балка зафиксирована с помощью шарнирно-подвижной и шарнирно-неподвижной опор. Учтем пока только вертикальные составляющие реакций опор  и , тогда уравнения равновесия:

 R_В – R_А – P – q ·(a₁+a₂) = 0,

а₁ R_В – ((q·((a₁+a₂)²))/2) – P · (a₁+a₂) = 0.

Решив данные уравнения, нашли распределенную нагрузку:

q = b · h · p · g = b · h · 7850 · 9,81 = 76930 ·b ·h;

где g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения;

h, b – размеры поперечного сечения балки;

p = 7850 кг/м³ – плотность Ст3.

Рисунок 1. Вид эпюр поперечной силы и изгибающего момента

Выбрали балку достаточно толстой, чтобы избежать потери боковой устойчивости, в = 0,02 м.

Максимальный (по модулю) изгибающий момент в сечении В:

|M_и|_max=  1550 + 1017h².

Зная, что условие прочности:

А момент сопротивления сечения изгибу:

Получили: h = 0,053 м.

Возвращаясь к распределенной нагрузке и уравнениям:

q =1538,6 · h = 1538,6 ·0,053 = 81,5 Н/м,

R_В = 3875 + 3· 81,5 = 4120 Н,

R_А = 4120 – 1550 – 1,55· 81,5 = 2444 Н.

Нарисуем механизм в крайних положениях (рисунок 2):

Перемещение верхнего уха:

где:

Ход поршня гидроцилиндра должен превышать расстояние СС’ при нагрузке на цилиндр Rb = 4120 Н, поэтому выберем цилиндр одностороннего действия, у которого основные технические характеристики равны (каталог гидроцилиндров ЗАО СП «Финарос») [1]: ход поршня = 462 мм; рабочее давление = 18 МПа; внутренний диаметр цилиндра = 100 мм; расстояние между проушинами цилиндра = 800 мм.

Рисунок 2. Кинематическая схема подъемного механизма

Определим основные параметры ручного гидравлического подъемника грузоподъемностью 0,1 т. Высота подъема груза 600 мм. Диаметр поршня насоса 20 мм. Ход поршня ручного насоса s_d = 100 мм. Диаметр поршня гидроцилиндра D = 100 мм.

Нагрузка на поршень гидроцилиндра приблизительно равна реакции R_В и достигает максимального  значения при горизонтальном положении стрелы (в этом положении момент нагрузки относительно опоры А наибольший).

Сила давления на поршень насоса с учетом к.п.д. = 0,75 (и при нагрузке на цилиндр Rb = 4120 Н)

 Н

Поскольку рычажный механизм привода насоса имеет выигрыш в силе в 2 – 3 раза, то необходимая сила действия руки будет во столько же раз меньше.

Перемещение поршня гидроцилиндра за ход поршня насоса с учетом коэффициента утечки жидкости k = 0,95:

 .

Необходимое число качаний:

n = CC’/ s_D= 0.1472 / 0,0038 = 39

При 2-х качаниях за 1 с время подъема:

t = n / 2= 39/2 = 20 с

Опускание поршня происходит под действием силы тяжести путем стравливания жидкости из гидроцилиндра через перепускной клапан.

Давление под поршнем гидроцилиндра:

Толщина стенки цилиндра, из условия работы на разрыв при допускаемом напряжении для стального литья [σ] = 10 • 10⁷ Па.

Так как давление небольшое, то минимальный размер стенки цилиндра получается небольшим, поэтому примем  

 = 5 мм.

Диаметр наружного цилиндра:

D_н  = D + 2 • δ = 0,1 + 2 • 0,005 = 0,110 м.

Скорость подъема груза на высоту Н = 600 мм:

v = Н / t = 0,6 / 20  = 0,03 м/с

Таким образом, нами усовершенствована моечная установка для внутренней мойки ступиц колес. Частично изменив конструкцию прототипа (ультразвуковую ванну с пьезокристаллическим преобразователем), мы добавили к установке дополнительный элемент в виде кран-балки. В отличие от механических моек, данная установка может быть использована на любых участках по обслуживанию автомобилей.

Список литературы:

1.     Пятаков В.Г., Потапов А.С. Типаж и эксплуатация гаражного оборудования: учебное пособие. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. - 43 с.