Конструкторская часть. Разработка автомобильного подъемника

5 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

5.1 Анализ конструкторских разработок

Для выполнения работ по замене колес применяются различные специализированные подъемники. В настоящее время разработано несколько типов подъемников, которые можно классифицировать по типу привода, по способу установки, по грузоподъемности, по месту установки, по количеству рабочих органов.

Рис.5 Классификация подъемников

Из всего разнообразия конструкций подъемников можно увидеть то, что наиболее сложной частью подъемников является привод подъемного механизма. В электромеханических подъемниках это передача винт-гайка, редуктор и электродвигатель, в гидравлических это гидроцилиндр и насосная станция. В условиях АТП изготовить подобные узлы не представляется возможным, а их покупка дорога. Из этого следует, что простота подъемного механизма, возможность его изготовления и ремонта в условиях АТП является, в конечном счете, определяющим условием работоспособности подъемника.
Поэтому рассмотрев все типы приводов, останавливаемся на пневматическом. Пневмопривод обладает рядом существенных преимуществ перед иными, он прост по конструкции, надежен в работе, безопасен (по сравнению с электрическим), обладает высокой плавностью и чистотой хода(по сравнению с гидравлическим).

5.2 Назначение, устройство и принцип действия разрабатываемой конструкции

Подъемник предназначен для вывешивания автомобилей и автобусов на посту замены колес. Подъемник монтируется на полу в помещении поста замены колес.
Подъемник представляет собой жесткую металлическую конструкцию, состоящую из двух рам: нижней неподвижной и верхней подвижной. Они шарнирно соединены между собой. Подъемный механизм состоит из двух платформ: нижней неподвижной и верхней подвижной, между которыми помещен пневмоэлемент. Пневмоэлемент представляет собой квадратный мешок, на одну сторону которого вулканизируется вентиль. Верхняя и нижняя платформы подъемного механизма связаны направляющими, по которым перемещается верхняя платформа. Платформа имеет роликовые опоры, через которые она давит на верхнюю раму и поднимает ее.
Подъемник имеет два подъемных механизма, размещенных в крайних секциях подъемника. Шарнирное соединение, верхняя и нижняя рамы образуют параллелограмм, что обеспечивает равномерное поднятие верхней рамы при неравномерных нагрузках в разных ее частях.
Подъемник имеет следующие технические характеристики:
Грузоподъемность – 15000кг.
Привод – пневматический.
Рабочее давление воздуха, МПа(кг/см2) – 0,5(5).
Высота подъема – 250мм.
После установки автомобиля на подъемник, на пульте, поворотом рукоятки пневмораспределителя открывается доступ сжатого воздуха в пневмобаллон. Пневмобаллон, наполняясь воздухом, поднимает верхнюю платформу подъемного механизма, которая в свою очередь через роликовую опору поднимает верхнюю раму, вывешивая автомобиль. Высота подъема ограничивается длиной шарниров. В вывешанном состоянии автомобиль удерживается сжатым воздухом. Для того чтобы при резком падении давления воздуха, не произошло резкого падения автомобиля в питающую пневмосеть установлен обратный клапан.
В целях поддержания рабочего давления в сети установлен клапан регулирования давления, а для контроля за давлением – манометр.
Для опускания автомобиля нужно повернуть ручку распределителя в обратном направлении, при этом пневмобаллон соединится с атмосферой и, по мере выпуска воздуха, верхняя рама начнет опускаться. Для обеспечения плавности опускания, в выпускную сеть установлен регулируемый дроссель. При наладке подъемника дроссель регулируется таким образом, чтобы автомобиль опускался не менее чем за 20 секунд.
Для глушения шума при выпуске воздуха, на наконечник выхлопной трубы устанавливается глушитель.
Для глушения ударов рам, при опускании подъемника, между ними крепится полоса резиновая, поглощающая энергию удара.
На рисунке 6 показана принципиальная пневматическая схема подъемника.

Рис. 6 Схема пневматическая
КМ – компрессор, ВН - вентиль, КР – клапан регулировочный, ПК – клапан предохранительный, МН – манометр, Др –дроссель регулируемый, Г – глушитель, Р – распределитель трехсекционный с электроклапаном,
ПБ –пневмобаллон.




5.3 Расчет конструктивных элементов

Для расчета грузоподъемного механизма примем следующие исходные данные: грузоподъемность – 15000кг, т.е вес 150000Н; высота подъема l=250мм; рабочее давление воздуха Р=0,5МПа(5кг/см2); высота пневмобаллона в свободном состоянии l0= 40мм; количество подъемных механизмов n=2
5.3.1Площадь рабочей поверхности пневмобаллона.
(42)
где Sр -  площадь рабочей поверхности, м2;
GA –  сила тяжести автомобиля, действующая на подъемный механизм, Н;
Р –  рабочее давление воздуха в пневмобаллоне, Па;
n –  количество подъемных механизмов.

5.3.2 Геометрические параметры пневмобаллона.
Геометрические параметры пневмобаллона приведены на рисунке 7.

Рис. 7 Схема пневмобаллона
Размер рабочей поверхности найдем из расчетной площади:

Высота пневмобаллона складывается из размера баллона в свободном состоянии и высоты подъема рамы:
(43)

Тогда , а периметр баллона
(44)

Размеры пластин для изготовления пневмобаллона 760х760 мм
5.3.3 Разрывающее усилие, действующее по периметру пневмобаллона
(45)
где N - разрывающее усилие, действующее по периметру пневмобаллона, Н;
Р – рабочее давление воздуха в пневмобаллоне, Па;
S – площадь пневмобаллона, м2.
(46)


Из условия предельной прочности на разрыв [σР]=90•105Па определим толщину стенки баллона и марку резиновой пластины:
(47)

Принимаем резиновую пластину: пластина II, лист ПБМ-С-3-9-1000х2000х4.8 ГОСТ 7338-77 – пластина типа II с тремя тканевыми прокладками, толщиной 9 мм, размером 1000х2000 мм, повышенной масло-бензостойкости, работоспособной в среде нефтяных масел при температуре от -40 до +80°С.
5.3.4 Расчет лонжерона верхней рамы на прогиб.
Лонжероны рамы проверяем на прогиб из условия максимальной нагрузки размещенной в центре лонжерона. Схема нагружения представлена на рисунке 8.
(48)
где IX = 491см4 – осевой момент инерции швеллера No14;
Е = 2•106 кг/см2 = 2•1011Па – модуль упругости для Ст3;
Р = 3175кг = 31750Н – масса автобуса приходящаяся на заднюю тележку;
L = 2м = 200мм – пролет балки;
[y] = 8мм – допускаемый прогиб.



Рис. 8 Схема нагружения



5.3.5 Проверка на прогиб лонжеронов подъемного механизма.
Лонжероны подъемного механизма проверяем на прогиб из условия действия в центре него грузоподъемного механизма. Схема нагружения представлена на рисунке 9.
(49)
где Р = 7500кг = 75000Н – грузоподъемность механизма;
l = 1,3м = 130см – расстояние между опорами;
Е = 2•106 кг/см2 = 2•1011Па – модуль упругости для Ст3;
IY = 45,4см4 – осевой момент инерции швеллера No14 по оси у;
N =3 – количество лонжеронов;
[y] = 4мм – допустимый прогиб.


Рис. 9 Схема нагружения

5.3.6 Расчет болтов соединяющих лонжерон подъемного механизма с верхней рамой
Определим диаметр впадин болта из условия действия на него растягивающей нагрузки от действия подъемного механизма.
(50)
где Р = 75000Н – грузоподъемность механизма;
к = 1,1 – коэффициент неравномерности загрузки болтов;
n = 12 – количество болтов;
[σP] = 733•105Па – допускаемое напряжение на растяжение для Ст3;

Выбираем: Болт М16х40.58 ГОСТ 7805-70 с ближайшим большим значением диаметра впадин.

Рис. 10 Схема нагружения
5.3.7 Проверка осей шарниров на срез.
(51)
где Р = 18750Н – нагрузка на ось;
d = 30мм = 0,03м – диаметр оси;
[τC] = 600•105Па – допускаемое напряжение на срез для Ст3;

5.3.8 Проверка осей шарниров на смятие.
(52)
где S = 60мм = 0,06м – длина втулки;
[τСМ] = 800•105Па – допускаемое напряжение на смятие для Ст3;


5.3.9 Проверка нижней опоры шарнира на кручение.
При работе подъемника может произойти нагружение двух нижних опор моментом, созданным стойкой шарнира от грузоподъемного механизма. При этом плечо действующей силы будет равно проекции шарнира на пол l = 320мм, а действующая сила Р = 7500кг откуда момент скручивания равен:

Проверим нижнюю опору на скручивание.
(53)
где WP = 0,2•d3 = 0,2•73 = 68,6см3 – момент сопротивления сечения нижней опоры
(при условии ее изготовления из прутка
диаметром 70мм);
[τK] = 1800•105 Па – допускаемое напряжение на кручение для стали 50
улучшенной;

5.3.10 Расчет и выбор фундаментальных болтов.
Внутренний диаметр болта найдем из условия прочности болта при растяжении.
(54)
где Р = 20000кг = 200000Н – максимально возможная сила;
n = 14 – количество фундаментальных болтов;
[τP] = 900•105Па – допускаемое напряжение на растяжение для Ст3;




5.4 Изготовление пневмобаллона

Пневмобаллон подъемного механизма изготовлен из резиново-текстильной пластины по ГОСТ 7338 – 77.
Изготовление пневмобаллона начинают с изготовления вентиля.
Вентиль изготавливают из трубы 15х2,5 по ГОСТ 3262 – 75 с установкой на нижнем конце мостика из стальной пластины толщиной 4 мм.
Затем из сырой резины толщиной 2 мм изготавливают три круглые заготовки диаметром 180, 170 и 90 мм. Между двумя первыми из этих заготовок укладывают два слоя прорезиненного чефера (также в форме круга диаметром 150 мм), и предварительно на обе стороны заготовок наносят клей концентрации 1:10, который затем просушивают.
В центре заготовок делают отверстие диаметром 20 мм и заготовки диаметром 180 и 170 мм надевают на вентиль. На мостик вентиля накладывают третью заготовку. Собранную заготовку прикатывают роликом, после чего в сборе с вентилем вулканизируют в специальной форме при температуре 145±5oС в течение 25 мин при одностороннем обогреве. Образовавшиеся в процессе вулканизации заусенцы срезают.
Вторым этапом из резиново-текстильной пластины вырезают две квадратные заготовки 760х760 мм, углы заготовок закругляют радиусом 100 мм. Края пластин срезают по слоям ткани ступенями по периметру пластин, при этом ширина каждой ступени должна быть не менее 20 мм. Каждую из ступеней и верхний слой резины шерохуют.
Затем в центре одной из пластин пробивают отверстие диаметром 15 мм и поверхность вокруг отверстия (со стороны меньшей ступени) шерохуют на 100 мм вокруг отверстия. На зашерохованный участок пластины, а также зашерохованную внутреннюю поверхность пятки вентиля наносят дважды клей концентрации 1:10, каждый раз просушивая клеевую пленку. Края пятки вентиля обкладывают прослоечной резиной толщиной 0,9 мм в виде кольца с шириной пояса 40 мм и наружным диаметром 170 мм с предварительно нанесенным и высушенным клеем.
Пятку накладывают на заготовку из листа, так чтобы отверстия в них совпали, затем прикатывают пятку роликом, и применяя специальную форму привулканизируют пятку к пластине при температуре 145±5oС в течении 20 минут.
После этого ступени обеих пластин освежают бензином и промазывают дважды клеем концентрации 1:10, просушивая каждый слой при температуре 40oС в течении 1 часа. Затем пластины складывают внутренними сторонами и накладывают послойно по периметру на каждую ступень обрезиненный корд толщиной 1,2 мм и прослоечную резину толщиной 0,7 мм, каждый слой тщательно промазывают клеем и прикатывают роликом, внутрь первого слоя корда, в торец длинной части ступени, укладывают шнур из сырой резины толщиной 2 мм и шириной 2 мм по всему периметру. Верхний слой прослоечной резины должен заходить на пластину не менее чем на 20 мм. Корд укладывается на ступени таким образом, чтобы направления нитей были параллельны краю пластины – 1 слой и перпендикулярны – 2 слоя, при этом нити соседних слоев корда должны перекрещиваться.
После сборки элемент вулканизируют на настольном вулканизаторе частями, при температуре 145±5oС в течении 25 мин каждую часть. Полученный баллон отделывают, и проверяют внешним осмотром на отсутствие трещин в вулканизированных листах, а затем испытывают на герметичность и прочность при давлении 6,3 кг/см3(0,63 МПа).


Рис. 11 Заготовка вентиля с пяткой в сборе

Рис. 12 Заготовка пластины


Рис. 13 Сборка пневмобаллона


5.5 Сборка и испытание подъемника

Сборка подъемника осуществляется на ровной, гладкой, чистой площадке. На площадку укладывается нижняя рама, затем шарниры устанавливаются напротив отверстий нижней рамы, в отверстия которой вставляются колпачки в сборе с осями и регулировочными шайбами. Колпачки крепятся винтами к раме. Затем на нижнюю раму укладывается верхняя, так чтобы отверстия в ней совпали с отверстиями верхней головки шарниров. Совмещая отверстия шарниров и рамы, в отверстия последней устанавливаются колпачки в сборе с осями и регулировочными шайбами. Колпачки крепятся винтами к раме. Перед сборкой колпачки, оси и шарниры следует смазать. После сборки рамы ее следует проверить на работоспособность, для этого зацепив верхнюю раму кран-балкой поднять ее на полную высоту, при этом верхняя рама должна подниматься без перекосов и заеданий. В случае возникновения неисправностей следует установить их причину и устранить.
После сборки рамы ее устанавливают на фундамент и крепят болтами.
Сборку подъемного механизма начинают с установки на нижней опоре пневмобаллона, который укладывают на опорную площадку, а вентиль пропускают в отверстие в ней. На вентиль устанавливают резиновый рукав. Подсобранную таким образом нижнюю опору подъемного механизма устанавливают на фундамент и крепят к нему. Затем в направляющие нижней опоры устанавливают верхнюю платформу подъемного механизма. Перед установкой верхней платформы направляющие и стержни подъемного механизма необходимо смазать.
После сборки подъемного механизма требуется испытать его на работоспособность, для этого в Пневмобаллон подать сжатый воздух под давлением 0,05÷0,1 МПа(0,5÷1 кг/см3), при этом верхняя платформа подъемного механизма должна плавно без заеданий и перекосов подняться. А после прекращения подачи воздуха и соединения пневмобаллона с атмосферой верхняя платформа должна без перекосов и заеданий опуститься до упора в направляющие нижней опоры.
После сборки и испытания подъемного механизма, следует, предварительно смазав роликоопоры подъемного механизма установить на поперечины рамы лонжеронов подъемного механизма и закрепить их болтами.
Последним этапом сборки является монтаж трубопроводов и аппаратуры пневмосистемы. При этом следует обратить особое внимание на надежность и герметичность всех соединений.
После сборки подъемника следует провести его испытания в трех режимах:
- Режим холостого хода
В пневмосистему подается воздух под давлением 0,2÷0,25 Мпа (2÷2,5 кг/см3), без нагрузки на верхнюю раму, при этом проверить герметичность системы, плавность подъема и опускания верхней рамы, отсутствие перекосов и ударов при опускании.
- Режим рабочей нагрузки
На верхнюю раму установить автобус CityLAZ-10, в пневмосистему подать воздух под давлением 0,5 ± 0,02 МПа(5 ± 0,2 кг/см3). При этом верхняя рама должна подняться вместе с автобусом без заеданий, перекосов, разрушения и механических повреждений частей подъемника и автобуса.
После поднятия отключить подачу воздуха и соединив трубопровод питания с атмосферой проверить герметичность системы, при этом верхняя рама должна опуститься не менее чем за 1 минуту. В случае если это условие не соблюдено следует после удаления с подъемника автобуса проверить герметичность пневмосистемы и работоспособность обратного клапана. После устранения найденных неисправностей испытание повторить.
Кроме герметичности в этом режиме следует проверить плавность опускания автобуса при переключении распределителя в режим опускания. При этом время опускания автобуса не должно быть менее 20 секунд, а если оно не соответствует заданному отрегулировать проходное сечение дросселя.
-Режим полной нагрузки (Риспытания =1,33 Рном)
На верхнюю раму установить автобус нагруженный таким образом, чтобы его масса составляла 15 тонн. Отрегулировать давление в пневмосистеме до 0,63 МПа(6,3 кг/см3), а затем отойдя на безопасное расстояние подать, воздух в пневмосистему подъемника. При этом не должно произойти разрушения подъемника и его частей, прогибов рамы, лонжеронов, шарниров и т. д.
После окончания испытания на бирке проставляется срок испытания, и срок когда повторить испытание. Пневмосистема регулируется на рабочее давление - 0,5 ± 0,02 МПа(5 ± 0,2 кг/см3).

5.6 Техническая эксплуатация пневмоподъемника

Пневмоподъемник прост по конструкции и надежен в эксплуатации, но, как и любой механизм требует периодического обслуживания.
В обслуживание входят следующие виды работ: крепежные, регулировочные, смазочные.
Крепежные и смазочные работы следует проводить не реже 1 раза в шесть месяцев, а регулировочные работы и проверку пневмобаллона не реже 1 раза в два месяца, при этом испытание пневмобаллона проводится без нагрузки при давлении 0,63 МПа(6,3 кг/см3), а герметичность как было описано в режиме рабочей нагрузки.
Смазку трущихся узлов следует проводить через установленные для этой цели масленки смазкой УС – 2 ГОСТ 1033 – 75, либо (ролики подъемного механизма) накладкой снаружи.
Периодически следует удалять грязь с подъемника и его частей и восстанавливать их окраску. Выполнение этих простых рекомендаций продлит срок службы подъемника и увеличит надежность его работы. Не следует работать подъемником при снятом ограждении, это может привести к травмам работающего и повреждению подъемника.

5.7 Техника безопасности при работе с подъемником

К работе с подъемником допускается лицо, обученное правилам его эксплуатации, назначенное работать на нем.
При работе с подъемником следует выполнять общие правила техники безопасности для предприятий автомобильного транспорта при работе с подъемным оборудованием и действующих инструкций.

Конструкторская часть полная, все есть (чертежи, записка, приложение)