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

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел I. КРИВ0П1ИПНЫЕПРЕССЫ

' ^V V iV V V \ ^

Рис. 5.15. Конструктивная схема подвески ползуна к шатунам:

- промежуточные плунжеры; 2 -

винт;

гайка;

- уравновешивающий цилиндр

170

Глава 5.

Типовые конструкции узлов

систем кривошипных прессов

Рис. 5.16. Конструктивная схема механизма регулирования высоты ползуна одно-

кривошипного пресса

Показанное на рис. 5.16 сочленение шатуна с ползуном при помощи шаро-

вой опоры следует применять только в небольших листоштамповочных прессах

P^Q^

< 1

МН. Для средних и крупных прессов используют пальцевое соедине-

ние (рис. 5.17).

Проверочный расчет на прочность ползунов двух- и четырехкривошипных

листоштамповочных прессов выполняют на основе замены реальной конструк-

ции балкой равной жесткости, нагруженной распределенной силой q\

где

/щ^

- длина опорной поверхности штампа.

Расчеты ползунов КГШП и ГКМ усложняются тем, что при эксцентрич-

ной нагрузке проявляется дополнительный силовой фактор - изгибающий

171

Раздел L

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

момент, значение которого зависит от особенностей

технологии, в частности от расположения ручьев

в штампе.

Проверочный расчет тела шатунов или винтов

проводят в предположении совместного действия

сжимающей силы и изгибающего момента:

а =

со

<[а].

Рис.

5.17. Пальцевое соедине-

ние шатуна с ползуном для

крупных прессов

Механизм регулировки закрытой высоты.

По целевому назначению механизм регулировки за-

крытой высоты относится к группе механизмов на-

стройки и необходим в листоштамповочных прес-

сах, где по условиям технологии высота штампов

изменяется в значительных пределах.

Основным элементом механизма является установочный (регулировочный)

винт, при помощи которого увеличивают длину шатуна, изменяя положение точек

подвески ползуна. Кинематическое различие между этими вариантами состоит

в том, что в первом случае (см. рис. 5.16) установочный винт имеет поступательное

и вращательное движение, ввинчиваясь в тело шатуна, а во втором случае

(см.

рис. 5.15) винт 2 имеет только поступательное движение вверх-вниз, которое

обеспечивается вращением гайки 3, укрепленной в соответствующей буксе корпуса

ползуна. Первый вариант механизма с ручным приводом реализуют в небольших

прессах с

Р^^^

630 кН. В средних и крупных прессах с большой массой ползуна

применяют регулировочный механизм по второму варианту с приводом от индиви-

дуального электродвигателя. В двух- и четырехкривошипных прессах механизм

регулировки во избежание перекосов ползуна должен обеспечивать одновременно

смещение подвески (рис. 5.18).

Тяговые предохранительные устройства. Такие устройства устанавливают

в системе главного ползуна. Они предназначены для контроля действующей по

шатуну силы, чтобы при достижении определенной, заранее обусловленной силы

предотвратить дальнейшее ее возрастание во избежание нарушения прочности

пресса и его поломки.

Конструкции тяговых предохранителей подразделяют по роду силы, ис-

пользуемой в качестве эталона нагрузки:

1) сила сопротивления деталей предохранителя разрушению - ломкие пре-

дохранители;

2) давление воздуха - пневматические предохранители;

3) давление жидкости - гидравлические предохранители.

В небольших прессах широко применяют ломкие предохранители от перегруз-

ки,

устанавливаемые в ползуне. Их недостаток заключается в том, что при срабаты-

вании они разрушаются и, следовательно, необходимо демонтировать ползун.

172

Глава 5.

Типовые конструкции узлов

систем кривошипных прессов

Рис. 5.18. Схема подвески шатуна

{Ш\

Ш4

- оси подвески)

Пневматические, гидравлические и комбинированные пневмогидравличес-

кие устройства относятся к числу управляемых. Принцип действия подобных

устройств состоит в эталонировании давления жидкости или воздуха (газа) под

плунжером - опорой нижней головки шатуна или установочного винта, причем

при нарушении эталона начинается слив жидкости или поджатие газа. Главной

особенностью управляемых предохранителей является то, что исходное поло-

жение деталей ползуна восстанавливается настройкой без разборки-сборки.

Рассмотрим схему пневмогидравлического управляемого предохранителя

(рис.

5.19). Уровень масла в полости под опорами 13 шатунов отрегулирован на

заданное давление. Возрастание давления в гидравлической системе опор при-

водит к смещению плунжера 4 и поршня 5 пневматического цилиндра 6. При

повышении нагрузки на ползуне на 20...25 % против номинальной плунжер на-

столько опускается, что открывается отверстие 77 и начинается слив жидкости

из полости Ш в полость К масляного картера. Одновременно толкатель поршня

(на схеме не показан), воздействуя на выключатель, включает звуковую сигна-

лизацию, выключает главный двигатель и останавливает пресс.

Гидросистему опор после срабатывания заполняют при помощи насоса 7

индивидуальным электродвигателем. Для настройки системы на заданное дав-

ление масла служит разгрузочно-предохранительный клапан 8. Настройка пре-

дохранителя начинается с подачи воздуха эталонного давления под поршень

полость Я, затем уже включается насос. Как только давление жидкости дости-

гает требуемого значения, насос выключается при помощи электроконтактного

173

Раздел I.

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Рис. 5.19. Схема управляемого пневмогидравлического предохранителя

манометра 12. Поскольку конечным эталоном нагрузки в данном устройстве явля-

ется давление воздуха в полости Я, надежность его работы зависит от надежности

работы регулятора давления 2 и обратного клапана 1. Сжатие воздуха в полости П

при заданном ходе плунжера и поршня невелико, однако для безопасности работы

в пневматической системе установлен предохранительный клапан 3,

Для предупреждения самопроизвольного слива в гидравлической системе

установлен обратный клапан 10. Слив при ремонте осуществляют через запор-

ный вентиль 9.

Уравновешиватель ползуна. Под действием силы тяжести в вертикальном

прессе с верхним приводом главный вал при холостом движении лежит на опорах

станины, ползун висит на нижней головке шатуна, а шатун - на шейке главного

вала. В результате в сочленениях этих деталей возникают верхние зазоры. Кроме

того,

действующая на ползун сила тяжести

ускоряет вращение главного вала и

деталей передач, приводя к возникновению зазоров в зубчатом зацеплении в на-

правлении вращения. При рабочем ходе под действием силы Р^ на ползуне, на-

много превосходящей силу тяжести, происходит выборка всех зазоров с резким

ударом. Это приводит к значительным динамическим нагрузкам в главном испол-

нительном механизме и приводе. В результате существенно понижается контакт-

ная прочность деталей. Для снятия отрицательного эффекта сил тяжести при

174

Глава 5.

Типовые конструкции узлов

систем кривошипных прессов

движении главного исполнительного механизма, а также для предохранения от

опускания в случае аварии с муфтой или тормозом предназначены уравновешива-

тели ползуна, которые рекомендуют устанавливать даже в небольших прессах.

По конструктивному устройству уравновешиватели (их иногда называют

балансировочными цилиндрами) очень просты - это пневматические цилиндры 4

с поршнями, штоки которых соединены с корпусом ползуна (см. рис. 5.15). Под

поршень цилиндра подается сжатый воздух, давление которого и создает силу,

уравновешивающую силу тяжести ползуна: движение главного механизма ста-

новится более равномерным, что улучшает условия работы подшипников и ти-

хоходных колес привода. При ходе вниз воздух вытесняется поршнем в ресивер

уравновешивателя, повышая давление в нем. Для ограничения роста давления

объем ресиверов должен быть достаточно большим.

5.4. Трение в подшипниках и направляющих.

Смазывание

Трение скольжения. В подвижном контакте сопряженных металлических

деталей пресса: валы и их опоры, ползуны и их направляющие, шатуны и их

шарниры, зубья шестерни и колеса и т. п., возникает механическое сопротивле-

ние относительному перемещению (трение скольжения) с силой трения

Р^^.

Трение - диссипативный процесс, сопровождающийся повреждениями по-

верхности контакта и выделением теплоты. Уровень диссипативных потерь при

трении обусловлен интенсивностью поверхностного взаимодействия: они ми-

нимальны при полном разделении трущихся поверхностей деталей жидким сма-

зочным материалом (маслом) и максимальны при упругопластическом контакте

с деформированием микронеровностей поверхности металла. Первый режим

трения называют жидкостным, второй - сухим. В чистом виде сухое трение не

наблюдается, поскольку металлические поверхности обычно покрыты разными

пленками малой толщины, например окисными, масляными и т. п. Вследствие

этого сопротивление относительному перемещению значительно меньше, чем

при сухом трении, моделированном в лабораторных условиях.

Режим жидкостного трения обладает наилучшими антифрикционными ха-

рактеристиками. Трение скольжения металла по металлу заменяется скольжени-

ем в масляном слое с малыми касательными напряжениями, ничтожным по-

вреждением и износом металлических поверхностей.

Однако применение жидкой смазки не обеспечивает реализации режима жид-

костного трения. Совершенно необходимо выполнение двух других условий. Во-

первых, между сопрягающимися поверхностями деталей должна существовать

клиновидная щель. При сопряжении цилиндрических поверхностей щель образу-

ется автоматически при сборке вала и подшипника по посадке Н8/е8 в системе

отверстия. Заметим, что при использовании уравновешивателя ползуна с силой

175

Раздел I.

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Рис. 5.20. Схемы расположения щели между валом и

опорой, а также распределения давления в условиях

жидкой смазки при

со < со^р (<з)

со =

ю^^р

(б)

Рур = Р^ на вертикальном прессе зазор сверху выбран и щель расположена так,

как показано на рис. 5.20, а. Во-вторых, подсоса масла в зазор не произойдет до тех

пор,

пока окружная скорость вала не превысит критическую: v >v^p=

со^^р

J/2, где

d - диаметр вала;

со^^р

- критическая угловая скорость вала. В результате равно-

действующая R=^q уравновесит деформирующую силу Р^. В этом случае,

как говорят, вал «всплывет» (рис. 5.20, б).

В технике подобный режим трения называют гидродинамическим. Причи-

ны,

которые могут помешать его возникновению, следующие: 1) недостаточ-

ный объем поступающей жидкой смазки; 2) недостаточная скорость сколь-

жения v; 3) чрезмерно высокие давления на контактной поверхности в связи

с ограниченной ее площадью; 4) конструкторская недоработка при создании

клиновидной щели.

В зависимости от характера взаимодействия контактных поверхностей на-

блюдают два промежуточных режима трения: полужидкостное и полусухое тре-

ние.

При этих режимах контактное касание металлических деталей происходит

по отдельным пятнам, расположенным на гребнях микронеровностей, а на ос-

тальной части сопряжения поверхности разделены масляными пленками. Если

разделение превалирует, то возникает режим полужидкостного трения, если нет

- полусухого.

В качестве антифрикционных опор для монтажа вращающихся и качаю-

щихся деталей используют радиальные и упорные сферические подшипники

скольжения.

Главные валы кривошипно-ползунных механизмов всегда устанавливают на

радиальных подшипниках скольжения. При этом предусмотрена подналадка,

176

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

компенсирующая износ и возможность установки допустимого зазора между

валом и вкладышем. Так, в подшипниках вала КГШП (см. рис. 5.14, в) регули-

ровку зазоров осуществляют клином, сдвигающим нижнюю буксу 3 вверх.

продольном направлении вал зафиксирован бронзовыми кольцами 7. В разъ-

емных опорах листоштамповочных прессов (см. рис. 5.14, б) зазор выбирают

затягиванием крепежных гаек крышки подшипника. Корпуса подшипников

имеют отверстия, а вкладыши - канавки для затекания смазочного материала и

распределения его по длине шеек вала.

В одностоечных прессах с Р^^^ < 1 МН вкладыши опор вала делают не-

разъемными (см. рис. 5.14, а). При полном износе вкладышей их заменяют

новыми.

Подшипники скольжения кривошипных прессов работают в тяжелых усло-

виях нагружения: например, в опорных цапфах КГШП q

25...35 МПа, в эксцент-

риковой шейке q^ = 50...60 МПа, в нижней опоре qg= 100... 120 МПа. В лис-

тоштамповочных прессах нагрузка меньше и рекомендации приближаются к

общемашиностроительным: q=l5...20 МПа, ^^ = 25...35 МПа,

qg =

50...15 МПа.

Тем не менее подшипники КГШП работают вполне удовлетворительно. Этот

факт объясняется кратковременностью действия пиковой нагрузки при объем-

ной штамповке.

Для изготовления вкладышей подшипников применяют бронзы БрОСЦ 9-6-3

и БрОФ 10-1, причем последнюю используют в более ответственных конст-

рукциях. В малых прессах успешно применяют биметаллические вкладыши

на стальной основе толщиной

5...

мм с наплавленной на ней бронзой толщи-

ной 2...5 мм.

Количественную оценку условий трения скольжения проводят согласно закону

Кулона о прямо пропорциональной зависимости между силой Р^ и реакцией N на

контактной поверхности трущихся тел. Значения сил определяют экспериментально

и по

ним устанавливают значение коэффициента трения скольжения:

Для режима полужидкостного трения при применении индустриального

масла

= 0,03...0,04, пластичной смазки типа солидол |i = 0,04...0,06, в случае

жидкостного трения ц = 0,005...0,01. При натурных исследованиях на криво-

шипных прессах с непосредственной записью сил и крутящих моментов на

главном валу получены схожие значения коэффициента трения скольжения.

Трение качения. Сопротивление перекатыванию тел типа роликов или ша-

риков по опорной поверхности определяют как трение качения. Для пе-

рекатывания необходимо расходовать энергию на деформирование материала

опоры вследствие возникновения перед катящимся телом упругого валика

(рис.

5.21). В результате нормальная реакция N со стороны опоры смещается в

направлении движения на микрорасстояние к^ и возникает крутящий момент

177

Раздел L

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Рис.

5.21. Схема распределе-

ния давления при контакте

упругого валика с опорой

M=k^N.

Коэффициент ^^ с размерностью длины

называют коэффициентом трения качения. Для

дальнейшего перекатывания необходимо прило-

жить активный момент

М^

гР^

силы Р^, направ-

ленной по оси ролика радиусом г. Приравнивая

выражения для

М^

и М^, получаем

Если Д определить как силу сопротивления ка-

чению, то коэффициент при нормальной силе N мож-

но интерпретировать как условный коэффициент

трения качения \х^ = к^/г. Условным его называют

потому, что его значение зависит не только от физи-

ческих свойств сопряженных тел, но и от их геомет-

рических размеров. Для подшипников качения, вы-

полненных из стали ШХ20, ^^ = 0,0005...0,0010 см.

Если размер ролика (шарика) г = 0,5 см, то коэффициент трения качения будет

в десятки раз меньше коэффициента трения скольжения. Соответственно будут

меньше и потери энергии.

Опоры на подшипниках качения широко применяют для приемных и про-

межуточных валов на базовых деталях, муфт включения и тормозов (см. рис. 5.11,

5.12), воздухоподводящих головок (см. рис. 5.21).

С целью резкого уменьшения износа и повышения точности движения

ползуна направляющие в виде обойм с шариками качения устанавливают в

листоштамповочных сверхбыстроходных прессах (число ходов в минуту от

600 до 2000).

Подшипники качения выбирают по динамической грузоподъемности

пресса.

Системы смазывания и смазочные материалы. К смазочным материа-

лам относятся вещества, обладающие смазочным действием и способные

уменьшать силы сцепления между трущимися поверхностями деталей, дефор-

мацию сдвига и тем самым износ. В кривошипных прессах используют сма-

зочные материалы двух видов: жидкие и пластичные (консистентные или

устаревшие густые смазки).

Жидкие смазочные материалы - это минеральные масла нефтяного проис-

хождения марок И-20, И-30, И-40. Они обладают достаточной смачиваемостью

и невысокой вязкостью.

Пластичные смазочные материалы изготовляют из вышеназванных введени-

ем загустителя, обычно кальциевого мыла. Загуститель создает структурный

каркас, в ячейках которого удерживается минеральное масло. Благодаря этому

растет смачиваемость и, как следствие, прилипаемость смазки к деталям. При

178

Глава 5.

Типовые конструкции узлов

систем кривошипных прессов

эксплуатации кривошипных прессов применяют пластичные смазки марок С,

УС1,УС2.

При выборе вида смазочного материала следует учитывать, что эксплуата-

ционные расходы при применении пластичной смазки выше, чем при использо-

вании жидкой; кроме того, выше потери энергии на трение, чаще возникают

разрывы масляных пленок и задиры, хуже условия отвода теплоты, невозможно

создать режим жидкостного трения. Однако отмеченные выше свойства плас-

тичной смазки (смачиваемость, повышенная вязкость, прилипаемость) делают

ее предпочтительной для смазывания зубьев открытых передач, направляющих

ползуна, головок шатуна, подшипников качения.

Жидкая смазка в связи с малой вязкостью легко стекает с поверхности дета-

лей, из-за чего приходится устанавливать маслосборники. Это не только способ-

ствует теплоотводу, но и удаляет из узлов трения посторонние частицы, в том

числе окалину. Собранное масло очищают и вновь используют.

Системы смазывания подразделяют:

по виду смазочного материала - жидкие и пластичные;

по способу подачи его к местам смазывания - индивидуальные и централи-

зованные;

по характеру использования - проточные и циркуляционные;

по способу подачи - ручные и приводные.

Индивидуальную подачу смазочного материала в места смазывания производят

вручную с использованием шариковых или фитильных масленок, периодически

заливаемых и выдавливаемых смазчиком. При централизованной смазке смазочный

материал подается к местам смазывания от общего насоса. При этом смазку можно

подавать как с помощью ручного насоса, так и с использованием автоматических

станций смазки. Для жидких смазочных материалов целесообразно применять обо-

ротную систему с очисткой и повторной подачей. Для пластичной смазки более

приемлема проточная, по существу безвозвратная система.

В средних и крупных листоштамповочных прессах для смазки зубчатых ко-

лес используют погружение их в масляную ванну в картере (см. рис. 5.15).

На рис. 5.22 представлена схема автоматизированной системы циркуляци-

онной жидкой смазки. Ее особенностью является то, что питатели смазки соеди-

нены последовательно. В случае прекращения подачи смазки к одному из них

следует звуковой сигнал и пресс останавливается. Вновь запустить пресс можно

только после устранения неисправности в системе.

Насос 3 с электромеханическим приводом засасывает смазочное масло из

бака 15 через фильтр 2 предварительной очистки и подает по маслопроводу к

золотнику распределителя 4 с ручным управлением (кнопочным или рычаж-

ным).

Золотник нормально замкнут пружиной на правую часть маслопровода.

Через фильтр тонкой очистки 77 и обратный клапан 10 масло подается к дроссе-

лю 6. Фильтр 77 при работе нередко засоряется. В этом случае золотник отжи-

мают влево и масло поступает в обход через аналогичный фильтр по левому

179