Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечно-штамповочное оборудование

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Рабочий ход в этом случае должен быть уменьшен и соответствовать углу пово-

рота кривошипа на угол ар = 20...30°.

VI.

Гибка в штампах. В качестве типового графика в этом случае можно при-

нять приведенную на рис. 4.2, з зависимость Р^, =f(S) для гибки скобы. График

имеет два участка: в начале гибки деформирующая сила плавно возрастает до

Р^^

и столь же плавно снижается, а затем резко возрастает, достигая макси-

мального значения Р^^^. При расчете следует принять Р^^^ ^^ном? причем первый

максимум должен быть ниже графика допускаемых сил (см. рис. 3.6, кривая 7).

Рабочий ход S^^^ устанавливают соответствующим ходу ползуна при пово-

роте кривошипа на ар = 60°. Заметим, что площадь под графиком деформирую-

щей силы представляет собой работу деформирования, расходуемую только на

пластическое формоизменение без учета каких-либо потерь.

Аналогично можно строить графики деформирующей силы для процессов

холодной листовой штамповки.

4.3.

Нагрузочные графики кривошипных прессов

В реальных прессах с жесткостью (упругой податливостью), заданной зави-

симостью Р^ =f{^l) (рис. 4.4, а), ход ползуна S определяется как сумма рабоче-

го хода

iSp X

и упругой деформации Д/ пресса, соответствующей деформирующей

силе в рассматриваемый момент:

Рассмотрим особенности преобразования графиков Ро=Л^р,х) в PD=f{S)

для трех типов технологических процессов.

PD^

А/ О В S О В S О SK S'

Рис.

4.4. График жесткости пресса (^f) и изменение деформирующей силы по ходу пол-

зуна (б -

г)

без учета (7) и с учетом (2) жесткости пресса

130

Глава 4.

Расчет энергетических параметров кривошипных прессов

Штамповка заканчивается до выхода главного ползуна в крайнее нижнее

(переднее) положение или даже в крайнем положении, но максимум необходи-

мой для деформирования силы достигнут значительно ранее выхода в это поло-

жение, а затем плавно уменьшается до Ро

0 к концу операции (все виды

вытяжки). В этом случае график деформирующей силы преобразуется в нагру-

зочный без изменения рабочего хода, т. е. рабочий ход ползуна равен осадке за-

готовки: S =

iS^ax

(рис. 4.4, б, точка В).

Штамповка заканчивается до выхода главного ползуна в его крайнее

нижнее (переднее) положение (точка А, кривая 7), но сила упругой деформации

резко падает до нуля в момент окончания операции (вырубка-пробивка, резка).

Положение ползуна после упругого деформирования пресса определяется точ-

кой В. График деформирующей силы преобразуется в нагрузочный со значи-

тельным изменением рабочего хода (S> S^J (рис. 4.4, в),

Штамповка заканчивается до крайнего нижнего положения ползуна с рез-

ким падением силы упругого деформирования станины от максимального значе-

ния до нуля (чеканка, выдавливание и прессование, горячая штамповка в

открытых штампах, гибка) (рис. 4.4, г). Однако в некоторых случаях возможно

заклинивание кривошипно-ползунного механизма. Упругой разгрузки пресса при

этом не происходит вследствие еще действующего тормозного момента на участ-

ке

поворота ведущего кривошипа в пределах угла а^^ «мертвого трения». Поэтому

для

движения ползуна вниз необходима дополнительная энергия.

Выход из зоны «мертвого трения» сопровождается резким падением мощ-

ности, затрачиваемой приводом:

При заданной угловой скорости со и силе Р^ это может быть только при

условии

т^

-7?(sina^+0,5sin2a^) + ^[(l + >.)r4+>.r5+ro] = 0.

При малом угле «мертвого трения» получаем

(1 +

Х)г^-ьХг^+г^

а^

=-arcsm|i-

R(l

Упругая деформация при разгрузке пресса должна соответствовать ходу

ползуна при повороте ведущего кривошипа на угол а = а^^:

А/р-^К).

Следовательно, рабочий ход ползуна для процессов штамповки третьего ти-

па

(рис.

4.4, в)

131

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Для дальнейших расчетов необходимо преобразовать график Р^ =f(S)

в график Р^ =/(сх).

При построении графика Pj^

= f(OL)

следует иметь в виду, что при вы-

полнении ряда операций листовой штамповки, резки прутков, обрезки облоя

у поковок необходимо обеспечить захождение

S^^

- S^ (см. рис. 4.4, в) пуан-

сона за рабочую кромку матрицы для проталкивания изделия. Положение

ползуна, соответствующее началу рабочего хода, в этом случае координиру-

ется длиной пути

ИЛИ

углом поворота, считая от крайнего нижнего положения:

При работе чеканящим нажимом ар

и S^^

4.4.

Расход энергии в приводе кривошипного пресса

Энергия, расходуемая в приводе кривошипного пресса за один технологичес-

кий цикл, складывается из работы А^^ на преодоление сил трения между диска-

ми при включении муфты, а также на разгон подвижных частей исполнительных

механизмов и привода, работы А^^ на холостое перемещение механизмов пресса

и работы А^^ на совершение рабочего хода:

Расход энергии на включение муфты. Работа А^^ затрачивается, во-

первых, на преодоление сил трения при проскальзывании дисков муфты в мо-

мент включения, т. е. от их соприкосновения до тех пор, пока угловые скорости

ведущих и ведомых дисков не сравняются между собой, - А^^^, и, во-вторых,

на разгон неподвижных частей привода пресса, следующих за муфтой, и главно-

го исполнительного механизма -

А^^^^:

А —Л л. л

Пуск кривошипных прессов осуществляют на холостом ходу, когда дефор-

мирующая сила отсутствует, а энергией, затрачиваемой на преодоление трения

в опорах валов, можно пренебречь. Следовательно, работа, расходуемая на про-

скальзывание дисков.

А =

тр.д 2 '

где J^ - момент инерции ведомых частей пресса, приведенный к валу муфты;

со

- угловая скорость маховика в конце сцепления.

132

Глава 4. Расчет энергетических параметров кривошипных прессов

Работа, затрачиваемая на разгон при включении муфты, определяется запа-

сом кинетической энергии, сообщенной ведомым частям пресса:

где «о ~ начальная угловая скорость ведущих частей муфты, соответствует син-

хронной угловой скорости электродвигателя (при скольжении s ^0,5 %), приве-

денной к валу муфты,

O)Q

^ сОсинх-

Различие между угловыми скоростями ш и ш^ объясняется двухстадийным

характером работы привода при включении муфты. На первой стадии начальная

угловая скорость

COQ

маховых масс от ведущих частей муфты до ротора электро-

двигателя понижается, а угловая скорость частей пресса, бывших ранее непод-

вижными, возрастает. Поскольку процесс выравнивания угловых скоростей

отличается быстротечностью, работа электродвигателя в этот период очень мала

и расход энергии в приводе компенсируется торможением маховых масс. По-

этому к концу первой стадии со<

WQ.

На второй стадии электродвигатель разго-

няет привод до начальной скорости

COQ.

На первой стадии включения при уменьшении угловой скорости от

COQ

ДО

работа торможения маховика

2 2

мах мах

На основании равенства

А^^^

А^

устанавливаем, что

J-'

СО-(Оп ' ''^^

*^ K/IKV I" *^ т

мах

Скорость

со

несколько меньше, чем ш^^^ при номинальном скольжении элек-

тродвигателя, а щ несколько больше, чем

со^^^^,

поэтому для упрощения расчета

пределах требуемой точности считаем

С0о-С0-О)„ом.

Тогда расход энергии на одно включение фрикционной муфты составит

Полное время включения t^^ фрикционной пневматической муфты исчис-

ляется от 0,03 с для небольших быстроходных листоштамповочных прессов

до

0,6 с для аналогичных крупных машин и от 0,045 с для легких КГШП и ГКМ

до

0,10...0,12 с для соответствующих тяжелых машин.

При работе на автоматическом режиме без выключения муфты

А^^^

133

Раздел L

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Расход энергии при холостом ходе механизмов пресса. Расход энергии

в приводе кривошипного пресса во время холостых ходов обусловлен следующи-

ми потерями:

1) на преодоление трения в опорах и направляющих главного исполнитель-

ного механизма и маховика, а также сил тяжести;

2) на преодоление сил трения в зацеплении и опорах зубчатых передач;

3) на разгон маховика до номинальной частоты вращения и проскальзыва-

ние ремней в клиноременной передаче;

4) на перемещение деталей вспомогательных механизмов пресса.

Работу холостого хода того или иного механизма при повороте ведущего

кривошипа на угол от а, до а2 определяем интегрированием:

^х.х^ \M.ida,

где

М^^

- текущий приведенный крутящий момент на ведущем звене механизма.

Исследование потерь при холостом ходе механизмов листоштамповочного

пресса простого действия свидетельствует об их зависимости от качества обра-

ботки сопряженных поверхностей подвижных деталей, опор или направляющих;

натяжения ремней; регулировки тормоза и других случайных причин.

Приближенно работу холостого хода Л^^ определяют в долях от работы пла-

стического деформирования

^деф,

расходуемой в процессе формоизменения:

где /: = 0,3...0,4 для универсальных листоштамповочных и обрезных закрытых

прессов, 0,4...0,5 для КГШП, 0,6 для чеканочных и

1,5...2,5

для холодновыса-

дочных прессов-автоматов.

Расход энергии при рабочем ходе. Диаграмма крутящих моментов

М^

=/(ос) -

полная количественная характеристика расхода энергии в период рабочего хода

на прессе с реальными свойствами. Эту диаграмму можно построить с помощью

уравнения вида

М,(а) = Р^(аК(а),

где P^i^) - сила на ползуне при заданном положении механизма, определяемая

из нагрузочного графика пресса.

Планиметрируя диаграмму на участке рабочего хода, устанавливаем расход

энергии на ведущем валу согласно уравнению

«р.н

^р.х= \M^{a)da.

«р.к

Энергия упругой деформации пресса. В прессах, где рабочий ход закан-

чивается, не доходя до крайнего положения ползуна, а график деформирующей

134

Глава 4. Расчет энергетических параметров кривошипных прессов

силы после достижения максимума имеет более пологий вид, чем график жест-

кости (например, при вытяжке из листовой заготовки, резке на гильотинных нож-

ницах с косыми ножами), происходит полный возврат потенциальной энергии

упругой деформации при разгрузке пресса:

А = о ^р д/

^упр '^'-^^ max ^* шах*

Т.

е. фактический расход энергии на рабочий ход уменьшается на эту величину.

Если же на графике Р^ =f(S) максимальной силе

Р^пах

соответствует крайнее

положение механизма (например, при чеканке, прессовании, объемной штам-

повке), то, как известно, в начале обратного хода необходима дополнительная

энергия. В этом случае почти вся потенциальная энергия упругой деформации

пресса теряется в зоне «мертвого трения», определяемой углом а^.

4.5,

Выбор электродвигателя и маховика

Решающим фактором при выборе системы привода кривошипных прессов

является экономическая целесообразность в сочетании с техническими требова-

ниями. Большинство кривошипных прессов оборудовано маховиковым приводом

с асинхронным трехфазным электродвигателем с короткозамкнутым ротором.

Предпочтение, оказываемое этому типу электродвигателей, объясняется просто-

той их устройства, невысокой стоимостью, надежностью и безопасностью работы.

Освоен промышленный выпуск различных модификаций асинхронных электро-

двигателей: с фазным ротором, с повышенным скольжением, многоскоростные с

переключением полюсов и др., что позволило расширить область их применения.

Определенными преимуществами обладает привод от электродвигателя по-

стоянного тока:

1) возможностью бесступенчатого электрического регулирования числа ходов

ползуна и угловой скорости кривошипа на холостом ходу и в период рабочего хода;

2) отсутствием необходимости в установке муфты включения и маховика.

Внедрение в качестве преобразователей тока германиевых и кремниевых

диодов позволило значительно снизить стоимость привода.

Применение электродвигателей постоянного тока технически целесообразно

в прессах с растянутым во времени рабочим ходом - прессы для горячего прес-

сования профилей, ножницы с тянущим резом и т. п., а также в листоштампо-

вочных прессах-автоматах универсального назначения. В первом случае это

объясняется необходимостью соблюдения заданных режимов скорости движе-

ния исполнительного органа, во втором - необходимостью плавной регулировки

широких пределах числа ходов пресса.

В кривошипных прессах целесообразность привода с маховиком вытекает

из

анализа пяти периодов его работы (рис. 4.5): 1) при включении муфты; 2) при

прямом холостом ходе; 3) при рабочем ходе; 4) при обратном холостом ходе

и 5) после выключения муфты.

135

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

M^l

_ f в _

t ^

^ц

ПСЙп

Рис.

4.5. График крутящего момента двигателя

Характерной особенностью работы привода является малая длительность

второго периода, составляющая не более 0,03 t^. Незначительное различие зна-

чений М^ на втором, четвертом и пятом периодах позволяет привести график

Мс =f(f) к двум участкам: 1) торможения маховых масс на общем пике нагрузки

с преобразованием части их кинетической энергии в работу пластического де-

формирования и 2) разгона этих масс до конца технологического цикла.

В более строгих расчетах особое внимание уделяют выбору оптимального со-

отношения между мощностью электродвигателя и моментом инерции маховых

масс.

Однако выдержать его на практике не удается по конструктивным сообра-

жениям: а) размеры маховика должны соответствовать размерам пресса; б) обыч-

но маховик выполняют совмещенным с муфтой; в) предельная скорость маховика

ограничена. Поэтому на практике широко применяют упрощенные расчеты. Ал-

горитм их следующий.

По затрачиваемой за один технологический цикл активной работе вклю-

чения муфты, рабочего и холостых ходов рассчитывают среднюю мощность, от-

несенную ко времени цикла. Номинальную мощность электродвигателя прини-

мают как сумму мощностей активного и холостого ходов.

Момент инерции маховых масс и собственно маховика определяют по за-

данной работе, а допустимую неравномерность вращения - на основе производст-

венного опыта или расчетным путем с учетом экспериментальных коэффициентов.

Номинальная мощность электродвигателя определяется суммарной мощ-

ностью активного

TVp X

и холостого

TV^.x

ходов полного цикла:

дг =ш +

дг

^^ном '^•^^р.х ' -^^х.х?

где к - коэффициент запаса.

Средняя мощность активного хода

Л^р.х =

п л

-\- Л

'*вкл^вкл ^ ^р.х

136

Глава

Расчет энергетических параметров кривошипных прессов

где «в^

число включений муфты

за

цикл (в автоматическом режиме

п^^

0).

Средняя мощность холостого хода

х.х ~

^х.х/^ц

•

Тогда номинальная мощность асинхронного электродвигателя

коротко-

замкнутым ротором

^(^вкл^вкл ^"^р.хЗ + ^х.?

Коэффициент запаса

функционально зависит от номинального скольжения

установленного электродвигателя:

чем

меньше скольжение,

тем

ниже способ-

ность электродвигателя

перегрузке

и,

следовательно, тем больше должен быть

коэффициент запаса.

свою очередь скольжение должно соответствовать числу

^Факт

фактически используемых ходов пресса:

чем

больше число используемых

ходов, тем меньше времени требуется для восстановления оборотов двигателя

и,

следовательно, меньше должно быть номинальное скольжение

s^^^

(табл. 4.1).

Таблица4.1.

Значения коэффициентов /сие

для расчета мощности привода

'^факт

ход/мин

До

15...50

Св.50

ном

0,12...0,08

0,08...0,04

0,04...0,02

1,2

1,3

1,4...1,6

0,85

0,9

0,95

Для прессов

ограниченной мощностью электродвигателя

число фактически используемых ходов

п^^^^

=Рн^^'

Для асинхронных электродвигателей

фазным ротором номинальная мощ-

ность снижается вследствие потерь, связанных с ухудшением условий вентиляции:

ном.ф

•л^.

где

/?но^

номинальная частота вращения электродвигателя

фазным ротором

по данным каталога;

^ном

^^синхС^-^ном)' ^синх

синхронная частота вращения

электродвигателя

фазным ротором.

В период рабочего хода работа электродвигателя, приведенная

валу веду-

щего кривошипа:

^ э.к

^^ном. ф ^рЧ п?

где

Г|п

- кпд

передачи. Тогда работу маховика

А^^^^

определяем из разности:

137

Раздел L

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

А =

—А

^^мах

^^р.х

^^э.к*

Как известно, маховик совершает работу

^4,^^^^

за счет кинетической энергии

А[4зх? причем должно выполняться равенство

^мах = А^4ах. (4.1)

Отданная кинетическая энергия

где J^g^ - момент инерции маховых масс;

Од^^^

- максимальная угловая скорость

маховика перед началом рабочего хода (в пределах требуемой точности ее мож-

но рассчитывать по номинальной частоте вращения маховика п^^^ ~

^шы1'^)'^

^min ~ минимальная угловая скорость в конце рабочего хода.

Торможение маховика характеризуется коэффициентом неравномерности

хода 5:

s:_ ^max ~ ^min

«ср «ср

при средней угловой скорости

(О^р

= {&^^ +

co^in

)/2 или средней частоте враще-

ния «ep = («max-«min)/2. ТоГДа

Д^мах ='^Max»cpS=^'„,

Согласно уравнению (4.1),

т'

^ ^мах_

(^«ср/ЗО) 5

При заданном коэффициенте неравномерности хода частоту

п^^

можно вы-

разить через номинальную частоту вращения маховика:'

бТ1'

поэтому

Коэффициент 5 всегда значительно меньше единицы. Причем, чем выше ко-

эффициент использования

/?ц

ходов машины, тем меньше значение 6. В пределах

138

Глава 4. Расчет энергетических параметров кривошипных прессов

данной группы прессов меньшие значения коэффициента неравномерности хода

должны отвечать машинам с большим номинальным числом ходов.

В.П. Механик и И.В. Харизоменов установили соотношение для вычисления

коэффициента неравномерности хода, исходя из допускаемого нагрева электро-

двигателя в условиях однопикового графика нагрузки:

где 8 - коэффициент, зависящий от соотношения между номинальным и крити-

ческим скольжением электродвигателя (усредненные значения г приведены

табл.

4.1);

^-р^^^

- упругое скольжение ременной передачи,

^р^^^

= 0,01.

Однако расчет момента инерции маховика требует дальнейшего уточнения в

связи с принятым при выводе формулы (4.2) допущением о мгновенном дейст-

вии деформирующей силы в начале цикла. В действительности реальная нагруз-

ка не является мгновенной, а растянута во времени и торможение маховика

происходит при повороте кривошипа на угол ар. Поэтому для технологического

цикла с однопиковым графиком нагрузок в режиме непрерывных ходов момент

инерции будет меньше:

J..-

мах

^ а ^

2л

Для цикла с двухпиковым графиком нагрузок в режиме одиночных ходов

момент инерции будет больше в связи с расходом энергии на включение муфты.

этом случае расчетная формула для момента инерции будет следующей:

2 . f . \^

А,

•^'мах- (4.3)

Энергию отдает не только маховик, но и другие вращающиеся детали прес-

са. Это особенно заметно в мощных машинах. Поэтому вычисленный по фор-

муле (4.3) момент инерции J^^^ маховых масс должен быть равен сумме

приведенных к валу маховика моментов инерции наиболее крупных деталей

пресса:

TjiQ

- момент инерции /-й детали;

и^

~ передаточное число от вала, на котором

закреплена /-я деталь к валу маховика, причем для расположенных перед махо-

виком деталей и^< 1, а за маховиком

Ui>

Ориентировочно можно считать, что для КГШП момент инерции собствен-

но маховика составляет 70...75 % момента инерции вращающихся масс привода,

а для тяжелых листоштамповочных прессов и ГКМ - 85...90 %. У легких лис-

139